Forskare har länge undrat: kan de skapa en fullfjädrad syntetisk livsform? Biologen Anthony José introducerade konceptet med en cellulär kod, vars kunskap är nödvändig för att få en artificiell organism.
För närvarande har forskare precis börjat producera konstgjorda livsformer genom att återmontera encellerna mikroorganismer. I synnerhet i mars förra året dök en artikel upp i en av de specialiserade publikationerna där forskare beskrev processen att skapa en bakterie mycoplasma med minsta möjliga antal gener. För att få det önskade resultatet infogade forskare växelvis fragment av det förändrade genomet, som var nästan hälften av originalets storlek, i mottagarcellen med det förstörda DNA: t.
I år lyckades amerikanska forskare från Johns Hopkins University få fram jäst med artificiella kromosomer, från vilka värdelösa och defekta gener togs bort. Dessutom lyckades forskarna bryta den genetiska koden genom att ändra tripletterna av TAG-proteinerna till TAA. På grund av detta blev organismerna av med det extra fragmentet som betjänade TAG-kodonerna.
Medan vissa forskare försöker skapa encelliga organismer som är fria från genetiskt skräp, försöker andra forskare samtidigt göra förändringar i hur proteiner kodas av en DNA-sekvens. För närvarande är framstegen i denna riktning mer än blygsamma. Det lilla som har gjorts är att diversifiera DNA-alfabetet. Några bokstäver lades till de fyra redan existerande nukleotidbokstäverna. En av de vetenskapliga artiklarna berättar om hur en internationell forskargrupp lyckades införa artificiella nukleotider Y, X i genomet E. coli. Trots att något liknande gjordes tidigare lyckades forskarna se till att bakterierna behöll en syntetisk del i sitt DNA, men samtidigt som man framgångsrikt utvecklar.
Detta är dock bara det första steget mot en fullfjädrad konstgjord organism. I nästa steg avser forskare att tvinga artificiella nukleotider att koda aminosyror. I E. coli placerades syntetiska proteiner Y, X i en säker del av genomet, utanför de kodande generna. Annars skulle nya peptider helt enkelt störa proteinsyntesprocessen. Cellen skulle helt enkelt inte veta vilken aminosyra detta eller det här kodonet (YGC eller ATX) var ansvarig för. Biologer har ännu inte skapat ett nytt transport-RNA som kommer att kunna känna igen sådana tripletter och infoga en viss aminosyra i den växande peptidsekvensen.
Men även under sådana förhållanden kan en sådan organism knappast kallas konstgjord. Samtidigt förstår forskare vad deras nästa åtgärder kommer att bli. En syntetisk organism får inte bara nya nukleotider utan också nya aminosyror, som antingen inte alls förekommer eller är extremt sällsynta i cellen. Forskare är väl medvetna om att alla tripletter av nukleotider kodas av endast tjugo standardaminosyror. Vissa andra aminosyror, inklusive selenocystein, kan införlivas i proteinet under vissa betingelser. Tack vare de ytterligare bokstäverna i den genetiska koden kommer det att vara möjligt att berika proteinet och bilda kodoner som motsvarar de nya aminosyrorna.
Trots det faktum att syntetisk biologi har gjort vissa framsteg, vet forskare fortfarande inte exakt vilken information som är viktig för att få en organism med givna egenskaper. DNA-sekvensen är bara en utgångspunkt. Alla celler i en växt eller ett djur innehåller samma genom, men under utvecklingen av organismer avgränsas cellerna, med andra ord, de utför olika funktioner. I denna process spelar sekundär (så kallad epigenetisk) reglering en viktig roll, under vilken vissa gener stängs av eller aktiveras av föreningar. I slutändan kan en cell förvandlas till en fibroblast och den andra till en neuron.
Anthony José, biolog vid University of Maryland, studerar hur icke-genetisk information definierar en organism. Forskaren föreslog konceptet med en cellulär kod, som är innesluten i biologiska molekyler i ett tredimensionellt utrymme. Dessa molekyler behövs för att återskapa resten av organismen. För att lagra denna information behövs inte alla celler i en komplex organism; flera eller till och med en cell kommer att räcka. För organismer som reproducerar sexuellt är ett sådant förvar zygoten (detta är en cell som bildas efter befruktning av en kvinnlig könsceller med spermier).
Kampanjvideo:
Enligt forskaren är det nödvändigt att studera hela cykeln för organismens rekonstruktion för att dechiffrera mobilkoden. Med andra ord är det nödvändigt att betrakta utvecklingen av en levande organism och dess reproduktion som en enda process. För att helt förstå hur detta fungerar räcker det inte att dechiffrera DNA.
Under processen att bilda en zygot påverkas bildandet av en ny organism inte bara av DNA som erhållits från äggceller och spermier utan också av könscytoplasman. Ämnen som ackumuleras under könsmognad (mRNA, proteiner, transkriptionsfaktorer) kan orsaka maternell effekt. De finns i de tidiga stadierna av embryonets utveckling och kan till och med döda det (detta är typiskt för majskalbaggarna). Den rumsliga strukturen för dessa ämnen spelar också en viss roll. I synnerhet bildar de kroppsaxlarna i insekter och bestämmer skalens krullning i blötdjur.
Forskaren kommer att föreslå följande schema: en cell som har biologiska makromolekyler och andra föreningar, som interagerar med näringsämnen, signalmolekyler och temperatur (det vill säga externa faktorer), går in i ett annat tillstånd, vilket i sin tur påverkar miljön. På liknande sätt går hela systemet genom ett visst antal cykler medan nya ämnen ackumuleras. Det nya steget beror på det föregående, så det kan förutsägas.
Jose är orolig över att biologer fortfarande inte känner till hela den cellulära koden för den enklaste organismen, men de har ändå redan arbetat med DNA för att skapa en semi-artificiell livsform. Enligt forskaren liknar sådana manipulationer med genetiskt material ersättningen av delar i någon mekanism, så de kan vara mycket riskabla ur etisk synvinkel.
För att dechiffrera cellkoden föreslår biologen att man jämför de inre egenskaperna hos zygoter i en serie generationer av de enklaste mikroorganismerna, till exempel unicellulära alger. För dessa ändamål kan också semi-artificiella bakterier med ett minimalt genom vara lämpliga. Genom att studera faderns eller moderns effekt kommer det att vara möjligt att fastställa betydande externa faktorer. Och studien av det rumsliga arrangemanget av viktiga molekyler kan utföras med hjälp av systematisk biokemisk och molekylär analys med fluorescerande molekyler.
