Forskere har lenge lurt på: kan de skape en fullverdig syntetisk livsform? Biologen Anthony José introduserte konseptet med en mobilkode, hvis kunnskap er nødvendig for å oppnå en kunstig organisme.
For tiden har forskere nettopp begynt å produsere kunstige livsformer ved å sette sammen genomene til encellede mikroorganismer. Spesielt i mars i fjor dukket det opp en artikkel i en av de spesialiserte publikasjonene der forskere beskrev prosessen med å lage en mycoplasma-bakterie med et minimum mulig antall gener. For å få ønsket resultat, satte forskere vekselvis fragmenter av det endrede genomet, som var nesten halvparten av originalens størrelse, inn i mottakercellen med det ødelagte DNAet.
I år klarte amerikanske forskere fra Johns Hopkins University å skaffe gjær med kunstige kromosomer, som unyttige og mangelfulle gener ble fjernet fra. I tillegg klarte forskerne å bryte den genetiske koden ved å endre triplettene til TAG-proteinene til TAA. På grunn av dette ble organismer kvitt det ekstra fragmentet som serverte TAG-kodonene.
Mens noen forskere prøver å skape encellede organismer uten genetisk rusk, prøver andre forskere å gjøre endringer i måten proteiner blir kodet av en DNA-sekvens. For øyeblikket er fremgangen i denne retningen mer enn beskjeden. Det lille som er gjort er å diversifisere DNA-alfabetet. Noen få bokstaver ble lagt til de fire allerede eksisterende nukleotidbokstavene. En av de vitenskapelige artiklene snakker om hvordan en internasjonal gruppe forskere klarte å sette kunstige nukleotider Y, X inn i genomet til E. coli. Til tross for at noe lignende ble gjort før, klarte forskerne å sikre at bakteriene beholdt en syntetisk del i DNA-en, men mens vellykket utvikling.
Dette er imidlertid bare første skritt mot en fullverdig kunstig organisme. I neste trinn har forskere til hensikt å lage kunstige nukleotider som koder for aminosyrer. I E. coli ble syntetiske proteiner Y, X plassert i en trygg del av genomet, utenfor de kodende sekvensene av gener. Ellers ville de nye peptidene ganske enkelt forstyrre prosessen med proteinsyntese. Cellen ville ganske enkelt ikke vite hvilken aminosyre dette eller det kodonet (YGC eller ATX) var ansvarlig for. Biologer har ennå ikke opprettet et nytt transport-RNA som vil kunne gjenkjenne slike tripletter og sette inn en viss aminosyre i den voksende peptidsekvensen.
Men selv under slike forhold kan en slik organisme knapt kalles kunstig. Samtidig forstår forskere hva deres neste handlinger vil være. En syntetisk organisme vil motta ikke bare nye nukleotider, men også nye aminosyrer, som enten ikke forekommer i det hele tatt, eller som er ekstremt sjeldne inne i cellen. Forskere er godt klar over at alle tripletter av nukleotider bare er kodet av tjue standard aminosyrer. Noen andre aminosyrer, inkludert selenocystein, kan inkorporeres i proteinet under visse betingelser. Takket være tilleggsbokstavene i den genetiske koden vil det være mulig å berike proteinet og danne kodoner som vil tilsvare de nye aminosyrene.
Til tross for at syntetisk biologi har gjort noen fremskritt, vet forskerne fortsatt ikke nøyaktig hvilken informasjon som er viktig for å oppnå en organisme med de gitte egenskapene. DNA-sekvensen er bare et utgangspunkt. Alle celler av en plante eller et dyr inneholder samme genom, men i løpet av utviklingen av organismer er cellene avgrenset, med andre ord utfører de forskjellige funksjoner. I denne prosessen spiller sekundær (såkalt epigenetisk) regulering en viktig rolle, der visse gener blir slått av eller aktivert av forbindelser. Til slutt kan en celle forvandle seg til en fibroblast og en annen til et nevron.
Anthony José, biolog ved University of Maryland, studerer hvordan ikke-genetisk informasjon definerer en organisme. Forskeren foreslo konseptet med en mobilkode, som er innesluttet i biologiske molekyler plassert i et tredimensjonalt rom. Disse molekylene er nødvendige for å gjenskape resten av organismen. For å lagre denne informasjonen er ikke alle cellene i en kompleks organisme nødvendig; flere eller til og med en celle vil være nok. For organismer som reproduserer seksuelt, er et slikt arkiv zygoten (dette er en celle som dannes etter befruktning av en kvinnelig kjønnsceller med sæd).
Kampanjevideo:
Ifølge forskeren er det nødvendig å studere hele syklusen av organismenes rekonstruksjon for å dechiffrere mobilkoden. Med andre ord er det nødvendig å vurdere utviklingen av en levende organisme og dens reproduksjon som en enkelt prosess. For å forstå hvordan dette fungerer, er det ikke nok å dechiffrere DNA.
I prosessen med å danne en zygote påvirkes dannelsen av en ny organisme ikke bare av DNA oppnådd fra oocytt og sædceller, men også av cytoplasma av kjønnscellen. Stoffer som akkumuleres under modning av kjønnsceller (mRNA, proteiner, transkripsjonsfaktorer) kan forårsake maternell effekt. De er til stede i de tidlige stadiene av embryonets utvikling og er til og med i stand til å drepe det (dette er typisk for mai-billene). Den romlige strukturen til disse stoffene spiller også en viss rolle. Spesielt danner de kroppsaksene i insekter og bestemmer skjellkrøllen i bløtdyr.
Forskeren vil foreslå følgende skjema: En celle som har biologiske makromolekyler og andre forbindelser, i ferd med å samhandle med næringsstoffer, signalmolekyler og temperatur (det vil si eksterne faktorer), går inn i en annen tilstand, som igjen påvirker miljøet. På en lignende måte går hele systemet gjennom et visst antall sykluser, mens det akkumuleres nye stoffer. Den nye fasen avhenger av den forrige, så den kan forutsies.
Jose er bekymret for at biologer fremdeles ikke kjenner hele mobilkoden til den enkleste organismen, men de, som jobber med DNA, har likevel begynt å skape en semi-kunstig livsform. I følge forskeren ligner slike manipulasjoner med genetisk materiale på erstatning av deler i en eller annen mekanisme, slik at de kan være veldig risikable fra etisk synspunkt.
For å tyde mobilkoden, foreslår biologen å sammenligne de interne egenskapene til zygoter i en serie generasjoner av de enkleste mikroorganismer, for eksempel encellede alger. For disse formål kan også semi-kunstige bakterier med et minimalt genom være egnet. Ved å studere faderns eller mors effekt, vil det være mulig å etablere betydelige eksterne faktorer. Og studiet av den romlige ordningen av viktige molekyler kan utføres ved hjelp av systematisk biokjemisk og molekylær analyse ved hjelp av fluorescerende molekyler.
