You are here

Teadlased väidavad, et on loonud esimese kunstliku elusorganismi

20. mail andis kompanii Synthetic Genomics omanik J. Craig Venter pressikonverentsi, kus ütles, et pakub maailmale „esimese isepaljuneva organismi, kelle vanem on arvuti". Kinnituseks avaldas ta teadusartikli ajakirjas Science.

Arvestades, et Craig Venter on esimene inimene, kes uuris välja nii iseenda (1998) kui ka oma puudli (2003) genoomi järjestuse, ei ole üllatav, et uudis kunstliku elu loomise kohta levis globaalses meedias kulutulena. Kunstliku organismi loomisel erafirmas on ilmselt nii filosoofiline kui ka praktiline tähendus, eriti kui arvestada, et üks firma võiks põhimõtteliselt patenteerida elu loomise tehnoloogia. Monopoolse „jumalateenuse" pakkumine köidaks investoreid ja oleks huvitav äri isegi siis, kui uue maailma loomine võtaks aega veidi rohkem kui seitse päeva.

Kunstlikud eluvormid, nagu Craig Venter neid näeb, kujutaksid endast väga väikese genoomiga mikroobe, mis sisaldaksid ainult eluks hädavajalikke geene, millele oleksid vastavalt tellija vajadusele lisatud ratsionaalselt üles ehitatud metaboolseid radu kodeerivaid geenid. Nõnda saaks toota rakke, mis omakorda toodaksid efektiivsel ja kontrollitud moel näiteks ravimeid, biokütuseid, lagundaksid mürgiseid jäätmeid või muudaksid teie poliitilise oponendi sisikonna homogeenseks massiks. Tellijate huvi on igal juhul olemas: Exxon on juba lubanud Venterile 600 miljonit dollarit biokütust tootva vetika ehitamiseks. Venter omakorda on ookeaniveest määranud ligi 40 miljoni erineva geeni järjestuse, mida ta saab kasutada supervetika projekteerimisel.

Kuid mis siis ikkagi toimus? Kas kunstlikud organismid on tõesti tootmiseks valmis ning hakkavad lähitulevikus meie maailma muutma? Teaduslikes ringkondades igal juhul paanikat ei paista. Teine tähtis Ameerika teadlane David Baltimore on Synthetic Genomicsi tulemust kirjeldanud pigem mastaapse tehnilise saavutuse kui teadusavastusena, öeldes Venteri kohta, et „ta pole elu loonud, ainult seda mimikeerinud".

Sihikindlus viib edule

Craig Venteri jaoks algas kunstelu loomine 1995. aastal, kui ta järjestas teadaolevalt väikseima genoomiga vabalt elava bakteri DNA. Mycoplasma genitalium'il on ligikaudu 500 geeni, millest sadakond on ükshaaval sellest organismist eemaldatavad, ilma et bakteri eluvõime oluliselt langeks.

Alles 2007. aastaks suutis Venter koos kolleegidega näidata, et Mycoplasma genitalium'ist isoleeritud naturaalset kromosoomi on võimalik viia teise bakterisse ja niiviisi see geneetiliselt ümber programmeerida.

2008. aastaks suutsid nad katseklaasis sünteesida kunstliku Mycoplasma genitalium'i genoomi. Järgmine samm oleks olnud ühendada kaks eelnevat tehnikat ja, kasutades kunstlikku Mycoplasma genitalium'i genoomi, programmeerida ümber mõne lähedase Mycoplasma liigi rakk. Paraku selgus, et minimaalse genoomiga Mycoplasma genitalium kasvab praktilise töö jaoks liiga aeglaselt ning teadlased otsustasid pigem sünteesida ligi kaks korda pikema, ent kiirema kasvuga Mycoplasma mycoides'e genoomi ning viia selle lähedasse liiki, Mycoplasma capricolum'isse. Nad tellisid alltöövõtjalt tuhandenukleotiidised kunstlikult sünteesitud fragmendid, mis katavad kogu Mycoplasma mycoides'e miljoninukleotiidise genoomi. Nendest panid nad insenergeneetiliste meetoditega kokku tervikgenoomi ning proovisid seda sõsarbakterisse istutada. Paraku edutult.

Järgnevad kolm kuud kulusid, et leida kunstlikus genoomis ühenukleotiidist „trükiviga". Selle parandamine võimaldas kunstliku genoomi lõpuks edukalt igati loomulikku sõsarliigi rakku viia. Tõepoolest, seejärel omandas Mycoplasma capricolum valgukomplekti ja kasvukiiruse, mis on omane Mycoplasma mycoides'ele. Sisuliselt muutus seega üks organism teiseks (kahtlemata kõigi veel elusolevate lõssenkistide rõõmuks). Lisaks sisaldab „kunstliku organismi" genoom kodeeritud kujul Craig Venteri e-posti aadressi (kui juhtute selle eluri näiteks oma köögist leidma, saate talle omaniku järele kutsuda) ning mõnda ilukirjanduslikku tsitaati (James Joycelt, muidugi). Mida uus organism ei sisalda, on uued bioloogilised omadused; ehki ta „teab", kuhu oma peremehele meili saata, ei oska ta tegelikult internetti sisse logida, samasugune lugu on tõenäoliselt ilukirjanduse nautimisega.

Eelised ja puudused

Kirjeldatud kunstliku eluri loomise tehnoloogial on vähemalt kaks olulist eelist ja mõned puudused. Eelisena on bakteri genoomi võimalik viia nukleotiidne järjestus, mis muudab selle stabiilseks pärmiseene rakkudes. Tehniliselt tähendab see, et on võimalik võtta mõne väheuuritud organismi genoom, mis muide ei pea olema suure vaevaga katseklaasis sünteesitud, ning viia see pärmirakku, kus on omakorda lihtne sooritada geneetilisi manipulatsioone (näiteks muuta või võtta ära üksikuid geene) ning seejärel muudetud genoom „algsesse rakku" tagasi viia. Horisondi lugejale ehk huvitavam tähelepanek on, et katseklaasis DNAd sünteesides ei ole tehnikud enam seotud piirangutega, mis loodus miljardeid aastaid tagasi kehtestas. Soovi korral võivad nad ümber defineerida geneetilise koodi enese, lisada oma lemmikorganismi valkudesse aminohappeid, mida ükski looduslik organism ei kasuta, lasta sel sünteesida RNA või valgujärjestusi, millele puudub looduses pretsedent. Sisuliselt piirab sellist tegevust ainult fantaasia. Ning muidugi raha. Synthetic Genomicsil kulus oma prototüüpraku valmistamiseks umbes kümme aastat, kahekümne inimese töö ja nelikümmend miljonit dollarit.

Alt üles ...

Venteri lähenemine on oma ambitsioonilt selgelt alt ülesse tüüpi. See tähendab, et eluinsener alustab ideaalis valgelt arvutiekraanilt, millele hakkab soovi järgi geene reastama. Lisaks üksikutele geenidele peab ta järjestama ka kontrollelemendid, mis määravad geenide fenotüübis avaldumise. Kontrollelementideks võivad olla nii kontrollitavate geenide lähedal asuvad lühikesed DNA järjestused kui ka teised valku või RNAd kodeerivad geenid. Et ülesanne ei tunduks liiga lihtne, peab ta lisaks arvestama nii projekteeritavate geenide kui nende kontrollelementide omavaheliste vastastikmõjudega ning rakulise keskkonnaga, kuhu ta tahab kunstliku genoomi istutada. Lisaks veel väliskeskkonna ja teiste organismide mõjuga oma lemmiku tulevases töökeskkonnas. Nagu eespool nägime, võib ka ühenukleotiidine viga miljoninukleotiidises genoomis muuta elusa raku surnud rakuks. Ka üksnes 300 geeni võimalikke omavahelisi vastastikmõjuviise on hoomamatult palju. See tähendab, et looduslik valik on ära teinud suure, pika ja täiesti tasuta töö, et selekteerida välja stabiilsed geenikombinatsioonid. Bioloogidel paraku veel nii mastaapseks inseneritööks oskusi pole. Lisaks tuleb märkida: asjaolu, et on võimalik ümber programmeerida ülekantava genoomi doonorrakuga struktuurilt sarnast rakku, ei tähenda automaatselt, et see tehnoloogia töötaks ka tõeliselt huvitaval juhul, kus rakku istutatav sünteetiline genoom ei meenuta üldsegi vastuvõtva raku genoomi.

Või ülevalt alla

Alternatiiv on ülevalt alla tüüpi lähenemine, kus alustatakse juba looduse poolt „kokku keedetud" organismist, mis vastab soovitavale eesmärgile algusest peale võimalikult hästi, ning hakatakse selle genoomi järk-järgult muutma, eemaldades ükshaaval soovitud protsessi seisukohast kahjulikke geene ja lisades kasulikke geene. Selline lähenemine on vähem ambitsioonikas, sest insener peab arvestama rakus juba toimivate seostega, mis ei ole tema soovide jaoks tingimata optimaalsed. Seega ei pruugi saavutatav lõpptulemus olla parim võimalik. Samas on geenidega ükshaaval manipuleerimine palju lähemal nüüdisaegse teaduse tegelikele võimalustele: GMO insenerid teevad seda iga päev. Lisaks puudub sel puhul vajadus mahuka ja kalli kunstliku DNA sünteesi järele. Et teada saada, kumb lähenemine lõpuks peale jääb, peaks lugeja kindlasti lähiaastatel oma Horisondi tellimust uuendama.

Lõpetuseks võib öelda, et kunstliku elu loomise eest medalit taotleda on veel veidi vara. Selleks, et insenerist saaks jumal, peaks ta kunstlikult sünteesitud genoomile andma ka kunstliku sisu. Lisaks peaks ta selle viima rakulisse struktuuri, mille ta on ise katseklaasis kokku pannud, mitte emakeselt looduselt „laenanud". Täpselt see paistabki olevat Craig Venteri ambitsioon, kui uskuda seda, mida ta ajakirjanikele on rääkinud. Elades ajal, mil toimub revolutsioon DNA järjestamise vallas, mida paljuski on suunanud Craig Venter ja mis on maailma juba tugevasti muutnud, ei ole selle mehe alahindamine tark tegu.

 

 

 

Craig Venter (1946)  lõpetas doktorikraadiga füsiloogias ja farmakoloogias California ülikooli San Diegos (1975),  misjärel sai New Yorki osariigi ülikooli professoriks. 1984 kolis ta rahvuslikku terviseinstituuti, kus arendas välja tehnoloogia (expressed sequence tags, EST), mis võimaldas kiiresti geene isoleerida ja järjestada. 1992 asutas genoomide järjestamiseks mittetulundusühingu, mis 1995 avaldas esimese vabalt elava organism, Hemophilus influenza genoomi järjestuse. 1998 asutas Venter Celera genomics-I eesmärgiga järjestada inimese genoom, millise ülesande täitis 2007. aastaks.  Avaldanud üle 50 genoomi järjestuse, nende seas hiire, roti ja äädikakärbse genoom. 2005 asutas Synthethic Genomicsi eesmärgiga luua modifitseeritud organisme biokütuste jt bioloogilisete kemikaalide tootmiseks.

Ilmume ka e-ajakirjana: