Το πρώτο συνθετικό χρωμόσωμα, Science gets closer to artificial life with first synthetic chromosome

Καλλιτεχνική απεικόνιση του συνθετικού χρωμοσώματος που δημιούργησαν οι ερευνητές στις ΗΠΑ. Οι καρφίτσες και τα λευκά σημεία δείχνουν που έγιναν οι αλλαγές στη φυσική αλληλουχία του ζυμομύκητα ώστε να δημιουργηθεί η συνθετική εκδοχή του. Τα κίτρινα σημεία είναι αυτά που απαλείφθηκαν. The chromosome is represented snake-like, with the positions of "designer changes" indicated by pins and white diamonds, and the deleted segments indicated in yellow, using the native chromosome sequence as a reference. Illustration by Lucy Reading-Ikkanda

Ένα βήμα - ορόσημο στο πεδίο της βιολογίας έκαναν επιστήμονες από τις ΗΠΑ, τη Γαλλία, τη Βρετανία και την Ινδία, που κατάφεραν για πρώτη φορά να δημιουργήσουν εξ αρχής ένα πλήρως συνθετικό και λειτουργικό χρωμόσωμα, μία εξέλιξη που ανοίγει το δρόμο για νέες επαναστατικές καινοτομίες στο πεδίο της βιοτεχνολογίας και της ιατρικής κατά τις επόμενες δεκαετίες.

Συνθετική ζωή

Τα συνθετικά χρωμοσώματα, που σχεδιάζονται με τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή, θα αποτελέσουν τη βάση για τη δημιουργία μελλοντικών συνθετικών μορφών ζωής (κατ’ αρχήν μικροοργανισμών και αργότερα φυτών και ζώων), με ποικίλες εφαρμογές όπως ο καθαρισμός του περιβάλλοντος από τοξικές ουσίες, η βιομηχανική παραγωγή νέων φαρμάκων, εμβολίων, βιοκαυσίμων, θρεπτικών ουσιών και άλλων «εξωτικών» υλικών.

Ενώ η κλασική γενετική μηχανική και βιοτεχνολογία μέσω γενετικής τροποποίησης περιορίζεται στην αλλαγή και την μεταφορά γονιδίων, η συνθετική βιολογία πηγαίνει παραπέρα, σχεδιάζοντας εξ αρχής και συνθέτοντας τελείως νέο γενετικό υλικό - κάτι που όμως ορισμένοι σκεπτικιστές βλέπουν επιφυλακτικά λόγω των πιθανών επιπτώσεων στη Φύση, όταν οι άνθρωποι «μιμούνται τον Θεό».

Το επίτευγμα

Yeast (in the petri dish above) has been used to make gene maps for decades, and it was one of the first organisms to have its entire genome sequenced, in 1996. PHOTOGRAPH COURTESY OF NYU LANGONE MEDICAL CENTER

Το νέο επίτευγμα -η πρώτη σύνθεση χρωμοσώματος ενός ευκαρυωτικού οργανισμού (οργανισμού με πυρήνα)- που απαίτησε έρευνα επτά ετών, αποτελεί συνέχεια και επέκταση της ιστορικής δημιουργίας από τον αμερικανό Κρεγκ Βέντερ του συνθετικού γονιδιώματος ενός πολύ απλούστερου βακτηρίου (οργανισμού χωρίς πυρήνα) το 2010, όταν είχε δημιουργήσει ένα εν μέρει συνθετικό βακτήριο, τη «Σύνθια».

Οι ερευνητές (μεταξύ των οποίων ο Μιχάλης Χατζηθωμάς του Τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς), με επικεφαλής τον γενετιστή Τζεφ Μπέκε του Ιατρικού Κέντρου Langone του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης, συνέθεσαν εξ αρχής ένα χρωμόσωμα ζυμομύκητα, ενώνοντας συνθετικά τμήματα DNA σε μια ενιαία αλληλουχία.

Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ένα πλήρως συνθετικό γονιδίωμα ενός τέτοιου μύκητα, που χρησιμοποιείται στη ζυθοποιία για τη ζύμωση της μπίρας (μαγιά), στην οινοποιία, στην αρτοποιία κ.α., το οποίο θα αποτελείται από 16 συνθετικά χρωμοσώματα, θα γίνει πραγματικότητα μέσα στην επόμενη τετραετία.

«Η έρευνά μας μετακινεί τη βελόνα στη συνθετική βιολογία από τη θεωρία στην πράξη. Η εργασία μας αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο βήμα μέχρι σήμερα στο πλαίσιο μιας διεθνούς προσπάθειας να δημιουργηθεί το πλήρες γονιδίωμα ενός συνθετικού ζυμομύκητα. Πρόκειται για το πιο εκτεταμένα τροποποιημένο χρωμόσωμα που έχει ποτέ δημιουργηθεί. Όμως το πραγματικό ορόσημο είναι ότι το ενσωματώσαμε στο κύτταρο ενός ζωντανού ζυμομύκητα και δείξαμε ότι τέτοια κύτταρα, που φέρουν το συνθετικό χρωμόσωμα, είναι απολύτως φυσιολογικά, όμως διαθέτουν νέες δυνατότητες» αναφέρει ο Μπέκε.

Το γενετικό δυναμικό

The first synthetic chromosome for a creature with complex cells, designed on a computer and made from scratch in a laboratory, is being put through its paces.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι πλέον σε θέση να σχεδιάσουν σε έναν υπολογιστή τις αλλαγές που θέλουν να επιφέρουν στο γενετικό δυναμικό ενός χρωμοσώματος και στη συνέχεια να το τοποθετήσουν μέσα στο κύτταρο της μαγιάς, προσδίδοντας στην τελευταία ιδιότητες που υπό φυσιολογικές συνθήκες δεν διαθέτει.

Το συνθετικό χρωμόσωμα ονομάζεται «synIII», επειδή αντικατέστησε το χρωμόσωμα Νο 3 από τα συνολικά 16 του ζυμομύκητα. Το εγχείρημα χαρακτηρίστηκε «ανάβαση του όρους Έβερεστ» της συνθετικής βιολογίας, λόγω της πολυπλοκότητάς του, καθώς έπρεπε να συγκολληθούν με τη σωστή σειρά 273.871 «γράμματα» (βάσεις) του DNA και, παράλληλα, να αφαιρεθούν περίπου 50.000 που διέθετε το φυσικό χρωμόσωμα και θεωρήθηκαν περιττά.

Όπως είπε ο Τζεφ Μπέκε, «όταν αλλάζεις το γονιδίωμα, ρίχνεις ζάρια. Μία λάθος αλλαγή μπορεί να σκοτώσει το κύτταρο. Εμείς κάναμε πάνω από 50.000 αλλαγές στον κώδικα του DNA στο χρωμόσωμα και παρόλα αυτά ο ζυμομύκητάς μας έζησε και αναπαράχθηκε, πράγμα που δείχνει ότι το συνθετικό μας χρωμόσωμα είναι ανθεκτικό». Το επίτευγμα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science».