Förra veckan samlades en grupp på 150 inbjudna experter vid Harvard. Bakom stängda dörrar diskuterade de utsikterna för att designa och bygga ett helt mänskligt genom från grunden, med endast en dator, en DNA-synthesizer och råvaror. Ett artificiellt genom kommer sedan att införas i en levande mänsklig cell för att ersätta dess naturliga DNA. Förhoppningen är att cellen kommer att "starta om", ändra sina biologiska processer till att fungera baserat på instruktionerna från det artificiella DNA: t.
Med andra ord kan vi snart se den första "artificiella mänskliga cellen."
Men målet är inte bara att skapa Human 2.0. Genom detta projekt, HGP-Write: Testing Large Synthetic Genomes in Cells, hoppas forskare att utveckla avancerade och kraftfulla verktyg som kommer att driva syntetisk biologi mot exponentiell industriell tillväxt. Om vi lyckas kommer vi inte bara att förvärva biologiska verktyg för att utforma människor som en art: vi kommer att kunna göra om den levande världen.
Skapande av liv
Syntetisk biologi är i grunden ett äktenskap mellan principerna för teknik och bioteknik. Medan DNA-sekvensering handlar om att läsa DNA, handlar genteknik om att redigera DNA, och syntetisk biologi handlar om att programmera nytt DNA, oavsett dess ursprungliga källa, för att skapa nya livsformer.
Syntetiska biologer ser DNA och gener som standardbiologiska byggstenar som kan användas som de vill för att skapa och modifiera levande celler.
Kampanjvideo:
Det finns konceptet med en designer inom detta område, säger Dr. Jay Keesling, en pionjär inom syntetisk teknik vid University of California, Berkeley. "När hårddisken dör kan du gå till närmaste datorbutik, köpa en ny, byta ut den gamla", säger han. "Varför använder vi inte biologiska delar på samma sätt?"
För att påskynda framstegen inom detta område sätter Kisling och hans kollegor ihop en databas med standardiserade DNA-bitar - så kallade BioBricks. Det kan användas som pusselbitar för att samla genetiskt material som aldrig sett tidigare i naturen.
För Kisling och andra inom fältet är syntetisk biologi som att utveckla ett nytt programmeringsspråk. Celler är hårdvara, hårdvara, medan DNA är programvara som får dem att fungera. Med tillräcklig kunskap om hur gener fungerar hoppas syntetiska biologer att kunna skriva genetiska program från grunden, skapa nya organismer, förändra naturen och till och med rikta mänsklig utveckling i en ny riktning.
Liksom genteknik ger syntetisk biologi forskare möjlighet att experimentera med naturligt DNA. Skalskillnaden: Genredigering är en klipp / klistra-process som lägger till nya gener eller ändrar bokstäver i befintliga gener. Ibland förändras det inte mycket.
Syntetisk biologi å andra sidan skapar gener från grunden. Detta ger forskare mer utrymme att modifiera kända gener eller till och med skapa sina egna. Möjligheterna är nästan oändliga.
Biomedicin, biobränslen, biogrödor
Explosionen av syntetisk biologi under de senaste tio åren har redan gett resultat som har förtrollat både forskare och företag. Redan 2003 publicerade Kisling en av de allra första studierna för att bevisa och visa kraften i detta tillvägagångssätt. Det fokuserade på en kemikalie som kallas artemisinin, ett kraftfullt läkemedel mot malaria extraherat från söt malurt (malurt).
Trots många försök att odla denna växt är dess avkastning extremt låg.
Kisling insåg att syntetisk biologi erbjöd ett sätt att helt kringgå skördeprocessen. Genom att införa de nödvändiga generna i bakterieceller, resonerade han, skulle du kunna förvandla dessa celler till maskiner för produktion av artemisinin och förse dem med en ny riklig källa till läkemedlet.
Detta var mycket svårt att göra. Forskare behövde bygga en helt ny metabolisk väg i cellen, så att den kunde bearbeta kemikalier som den inte visste tidigare. Genom försök och fel limmade forskare dussintals gener från flera organismer i ett DNA-paket. Genom att sätta in denna påse i E. coli - bakterien E. coli används ofta i laboratoriet för att producera kemikalier - skapade de en ny väg för bakterien som gjorde det möjligt att utsöndra artemisinin.
Genom att dra åt de nödvändiga nötterna lite mer lyckades Kisling och hans team öka produktionen en miljon gånger och sänka läkemedelspriset tio gånger.
Artemisinin var bara det första steget i ett stort program. Detta läkemedel är ett kolväte som tillhör en familj av molekyler som ofta används för att framställa biobränslen. Varför inte använda samma process för produktion av biobränsle? Genom att ersätta gener som bakterier använde för att göra artemisinin med gener för att producera biobränsle kolväten har forskare redan skapat många mikrober som omvandlar socker till bränsle.
Jordbruk är en annan industri som kan dra mycket nytta av syntetisk biologi. I teorin kan vi ta de gener som är ansvariga för kvävefixering i bakterier, sätta dem i cellerna i våra kulturer och helt vända deras naturliga tillväxtprocess. Med rätt kombination av gener kunde vi odla en gröda med ett komplett spektrum av näringsämnen som kräver mindre vatten, mark, energi och gödselmedel.
Syntetisk biologi kan tillämpas på produktion av helt nya livsmedel, såsom dofter genom jäsning av modifierad jäst eller veganska ostar och andra mejeriprodukter skapade utan hjälp från djur.
"Vi måste minska utsläppen av koldioxid och föroreningar, använda mindre mark och vatten, kontrollera skadedjur och förbättra markens fertilitet", säger Dr Pamela Ronald, professor vid University of California, Davis. Syntetisk biologi kan ge oss de verktyg vi behöver.
Återskapar livet
Öva åt sidan! Ett av de ultimata målen för syntetisk biologi är att skapa en syntetisk organism tillverkad uteslutande av specialdesignat DNA.
Det största hindret nu är teknik. DNA-syntes är för närvarande mycket dyr, långsam och benägen för fel. De flesta av de befintliga metoderna gör det möjligt att göra en DNA-sträng med 200 bokstäver lång; normala gener är tio gånger längre. Det mänskliga genomet innehåller cirka 20 000 gener som producerar proteiner. Men kostnaden för DNA-syntes har sjunkit snabbt under det senaste decenniet.
Enligt Dr. Drew Andy, en genetiker vid Stanford University, har kostnaden för sekvensering av en enda bokstav minskat från 4 dollar 2003 till 3 cent idag. Den beräknade kostnaden för att skriva ut alla 3 miljarder bokstäver i det mänskliga genomet idag är 90 miljoner dollar, men förväntas sjunka till 100 000 dollar under 20 år om trenden förblir densamma.
På 90-talet började Craig Venter, känd för sin ledande roll i sekvensering av det mänskliga genomet, leta efter den minsta uppsättning gener som behövs för att skapa liv. Tillsammans med kollegor vid Institutet för genomforskning tog Venter bort gener från bakterien Mycoplasma genitalium för att identifiera de livskritiska.
2008 samlade Venter ihop dessa "kritiska gener" och samlade ett nytt "minimalt" genom från en buljong av kemikalier med DNA-syntes.
Några år senare transplanterade Venter ett konstgjort genom i en andra bakterie. Generna rotade och "startade om" cellen, så att den kunde växa och reproducera sig själv - det var den första organismen med ett helt artificiellt genom.
Från bakterier till människor
Om det nya företaget får finansiering kommer det att replikera Venters experiment med vårt eget genom. Med tanke på att det mänskliga genomet är ungefär 5000 gånger större än Venters bakterier, är det svårt att säga hur mycket svårare den här syntesen kan vara.
Även om allt annat misslyckas, kommer branschen att få värdefull erfarenhet. Enligt Dr. George Church, ledande genetiker vid Harvard School of Medicine, kan detta projekt öppna upp tekniska framsteg som kommer att förbättra vår egen förmåga att syntetisera långa strängar av DNA. Church betonar till och med att projektets huvudmål är teknikutveckling.
Mötet med forskare orsakade dock mycket skepsis. Detta projekt kan dock en dag leda till skapandet av "designerbebisar" eller till och med människor. Föräldrarna till sådana människor kan vara datorer. Det är lätt att föreställa sig en sådan framtid, men det är skrämmande: Hur säkert är det att direkt manipulera eller skapa liv? Vem kommer att äga denna teknik? Vad ska man göra med ett liv som har visat sig misslyckas? Kommer inte allt detta att skapa diskriminering och ojämlikhet?
ILYA KHEL
