Οργανισμός με «εξωγήινο» DNA, New life: Scientists create first semi-synthetic organism with 'alien' DNA

Η διπλή έλικα του DNA. Οι ερευνητές αύξησαν τα γράμματα του γενετικού αλφάβητου από τα τέσσερα στα έξι. Rendering of DNA (stock image). Credit: © abhijith3747 / Fotolia

Νέο κεφάλαιο ξημερώνει για την Εξέλιξη στη Γη: ο πρώτος οργανισμός στον πλανήτη που χρησιμοποιεί περισσότερα από τέσσερα γράμματα στο DNA του ζει και βασιλεύει σε αμερικανικό εργαστήριο.

Στο μέλλον, εκτιμούν οι δημιουργοί του καινοφανούς οργανισμού, «ημι-συνθετικά» μικρόβια που μιλούν τη δική τους γενετική γλώσσα θα μπορούσαν να παράγουν φάρμακα και άλλα προϊόντα, χρησιμοποιώντας μάλιστα πρώτες ύλες που δεν απαντώνται στη φύση.

Εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια, όλοι οι οργανισμοί στον πλανήτη κωδικοποιούν τη γενετική πληροφορία σε γονίδια γραμμένα σε τέσσερα γράμματα: τις βάσεις A, T, C και G (αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, γουανίνη). Μόρια DNA που περιέχουν τροποποιημένες μορφές αυτών των βάσεων, ή εντελώς νέες βάσεις, είχαν δημιουργηθεί και παλαιότερα στο εργαστήριο, δεν θα μπορούσαν όμως να λειτουργήσουν μέσα σε ζωντανά κύτταρα.

Πριν	Μετά
Α-Τ	Α-Τ
C-G	C-G
	d5SICS-dNaM
Πρωτεΐνες από 20 αμινοξέα	Πρωτεΐνες από 172 αμινοξέα

Αριστερά τα ζεύγη βάσεων στο φυσικό DNA, δεξιά τα ζεύγη βάσεων στο ημι-συνθετικό DNA. Το γενετικά τροποποιημένο βακτήριο μπορεί θεωρητικά να χρησιμοποιεί περισσότερα αμινοξέα.

Έπειτα από χρόνια προσπαθειών, η ομάδα του Δρ Φλόιντ Ρόμσμπεργκ στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Scripps του Σαν Ντιέγκο αναφέρει στο περιοδικό Nature ότι προχώρησε ένα μεγάλο βήμα μπροστά.

Θαυματουργά μόρια

Σε πρώτη φάση, οι ερευνητές έπρεπε να βρουν μόρια που θα μπορούσαν να ενσωματωθούν στο μόριο του DNA στη θέση των φυσικών βάσεων. Επιπλέον, τα νέα αυτά μόρια θα έπρεπε να μπορούν να σχηματίσουν ζεύγη μεταξύ τους, όπως τα ζεύγη που σχηματίζουν οι φυσικές βάσεις στα μόρια της διπλής έλικας του DNA.

Low-temperature electron micrograph of a cluster of E. coli bacteria. Scientists have engineered a bacterium whose genetic material includes an added pair of DNA “letters,” or bases, not found in nature; the bacterium’s cells can replicate the unnatural DNA bases more or less normally, as long as the molecular building blocks are supplied.

Έπειτα από χιλιάδες δοκιμές στο εργαστήριο, βρήκαν δύο μόρια, με τις ονομασίες d5SICS και dNaM, που πληρούσαν αυτές τις προϋποθέσεις. Δημιούργησαν έτσι συνθετικά μόρια DNA (πλασμίδια) που περιείχαν τις φυσικές και τις τεχνητές βάσεις και τα εισήγαγαν στο κωλοβακτηρίδιο Escherichia coli.

Αυτό όμως δεν ήταν αρκετό. Το βακτήριο έπρεπε να αποκτήσει τη δυνατότητα να δημιουργεί αντίγραφα αυτών των μορίων DNA, μια διαδικασία για την οποία απαιτούνται πρώτες ύλες και ειδικά ένζυμα. Οι πρώτες ύλες, νουκλεοτίδια που περιέχουν τα μόρια d5SICS και dNaM προστέθηκαν στο θρεπτικό μέσο όπου αναπτύσσονταν τα βακτήρια. Όσον αφορά τα ένζυμα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μια πρωτεΐνη που προέρχεται από ένα μονοκύτταρο φύκος μπορούσε να μεταφέρει τα νουκλεοτίδια αυτά στο μηχανισμό αντιγραφής του DNA ώστε να τοποθετηθούν στη σωστή θέση τους.

Συνεχή αντίγραφα

Οι ερευνητές παραδέχονται ότι εξεπλάγησαν όταν διαπίστωσαν ότι η ημι-συνθετική E.coli αναπαραγόταν με ικανοποιητική ταχύτητα δημιουργώντας συνεχώς αντίγραφα του ασυνήθιστου γενετικού υλικού τους. Το περίεργο ήταν μάλιστα ότι η παρέμβαση στο γενετικό κώδικα δεν έδειχνε να επηρεάζει την υγεία των καλλιεργειών.

Στη σημερινή του μορφή, το νέο βακτήριο δεν μπορεί να παραγάγει πρωτεΐνες με βάση τις πληροφορίες που περιέχουν γονίδια με τις νέες βάσεις. Οι ερευνητές πιστεύουν πάντως ότι θα ανακαλύψουν κάπου στη φύση τα ένζυμα που απαιτούνται για αυτό.

Και οι προοπτικές που θα άνοιγε ένα τέτοιο επίτευγμα φαντάζουν πραγματικά τεράστιες: Σε αντίθεση με τους φυσικούς ζωντανούς οργανισμούς, οι οποίοι παράγουν πρωτεΐνες από συνδυασμούς 20 διαφορετικών αμινοξέων, το ημι-συνθετικό βακτήριο θα μπορούσε να αξιοποιεί ως πρώτες ύλες 172 διαφορετικά αμινοξέα.

Φαίνεται λοιπόν ότι η τροποποίηση του γενετικού κώδικα θα μπορούσε να αποδειχθεί βασικό εργαλείο για τη βιομηχανία βιοτεχνολογίας.

Αυτό όμως θα οδηγούσε στο ερώτημα του εάν θα μπορούσαν αυτές οι τεχνητές μορφές ζωής να αποδράσουν από το εργαστήριο και ίσως να καταλάβουν τον πλανήτη.

Οι ερευνητές της τελευταίας  μελέτης διαβεβαιώνουν ότι αυτό δεν θα μπορούσε να συμβεί: το ημι-συνθετικό βακτήριό του βασίζεται σε πρώτες ύλες που του προσέφεραν οι ερευνητές, οι οποίες δεν υπάρχουν στη φύση.

Όπως μάλιστα έδειξε το πείραμα, η στέρηση αυτών των πρώτων υλών οδήγησε σε μια θεαματική μεταβολή: το βακτήριο απέρριψε τις νέες βάσεις και τις αντικατέστησε με τις φυσικές.

Όπως φαίνεται, οι γενετικοί μηχανισμοί που διαμόρφωσε η Εξέλιξη δεν είναι τόσο πρόθυμοι να αλλάξουν.