Sámuel, Hajna
19 °C
30 °C
Index - In English In English Eng

Eljön a mesterséges élet kora

2012.07.23. 18:00

A modern biológia a mesterséges élet létrehozásával egy alapvetően új fejlődési szakaszába lépett. Ma még csupán olyan szervezeteket tudunk szintetikusan előállítani, melyek a természetben is léteznek: egy számítógép és egy DNS szintézist végző eszköz segítségével a DNS alapegységeiből (nukleotidokból) újra összeállítjuk egy ismert élőlény örökítőanyagát. A közeljövő azonban azt az ígéretet hordozza, hogy teljesen új mesterséges szervezeteket hozhatunk létre. A szintetikus biológia perspektívái felbecsülhetetlenek mind az alaptudományok mind a gyakorlati alkalmazások tekintetében. Ha mi magunk vagyunk képesek életet létrehozni, jobban megértjük annak működését.

Craig Venter
Craig Venter
Fotó: Evan Hurd

A szintetikus organizmusokat különféle hasznos feladatokra alkalmazhatjuk az iparban, a mezőgazdaságban, az egészségügyben és a környezetvédelemben. Persze, a szokásos aggódó hangok is megjelentek. A világ természetes rendjében hívők szerint a molekuláris biológusok Teremtőt játszanak, mások egy eljövendő természeti katasztrófát emlegetnek, ahol a szintetikus élőlények kiszorítják a természeteseket, és ismét mások e technológia gonosz célokra való alkalmazásától (pl. biofegyverek előállítása) óvnak. A legtöbben azonban,nem értik pontosan, hogy miről is van szó.

Vírus, baktérium mesterségesen

Craig Venter, a szintetikus biológia atyja, a Dublinban július közepén megrendezett EuroScience Open Forum-on a mesterséges élet korszakának eljövetelét vizionálta. De mit is jelent pontosan ez a fogalom? A szintetikus élet megértéséhez tudnunk kell azt, hogy mi maga a „természetes” élet. A tudomány története folyamán e probléma rendkívüli módon izgatta a kutatókat. A szívet boncolván Szent-Györgyi Albert, Nobel-díjas magyar kutató, a következőképpen töprengett: „Az élet titkát kutatva az atomoknál és az elektronoknál kötöttem ki, melyekben egyáltalán nincsen élet. Valahol útközben az élet kiszaladt az ujjaim közül...”

Mi adja vajon az élet specifikumát? Hol van a határ az élő és az élettelen között? Megpróbálhatjuk ezt a határt az életjelenségek alapján meghúzni, de ekkor könnyen ellentmondásba kerülünk, mert az élettelen világban is vannak az életjelenségekhez hasonló folyamatok: a víz mozog, a cseppkő növekszik, és anyagcseréje is van, sőt, bizonyos kvarckristályok önreprodukcióra is képesek. A modern tudomány az élet fogalmát a sejtes léttel kapcsolja össze. A Földön valaha élt fajok túlnyomó többsége egysejtű, főként baktérium. Az emberi sejtek életben tarthatóak, sőt több típusuk szaporítható is megfelelő körülmények között tenyésztőedényekben. A sejtnél alacsonyabb komplexitású biológiai szerkezetek azonban nem tekinthetőek élőknek. A vírusok egyszerűbbek ugyan a sejteknél, de szaporodásukhoz a sejt mechanizmusait használják, a sejten kívül élettelen molekuláknak tekinthetők, mivel semmilyen életjelenséget nem mutatnak. Ezért is helyezik a vírusok rendszerét az élővilág rendszerén kívülre.

A minimális élet kritériumait többek között Gánti Tibor határozta meg az Élet princípiuma című könyvében. A szerző szerint egy élő rendszernek rendelkeznie kell anyagcsereciklussal, amely amellett, hogy reprodukálja magát, az örökítőanyag és a sejtmembrán komponenseit is előállítja. A szintetikus élethez is biztosítani kell ezeket a feltételeket, legalábbis, ha az földi típusú. Az első szintetikus szervezet a kis genommal rendelkező poliovírus volt, amelyet 2002-ben a Stony Brook Egyetem munkatársai állítottak elő két év megfeszített munka eredményeként. Az időtényezőben való áttörést a J. Craig Venter Intézet hajtotta végre azzal, hogy két hét alatt egy fertőzőképes baktériumvírust – a ΦX174 bakteriofágot – állított elő szintetikus módszerekkel. Következő lépésként Venterék egy nagyobb fába vágták a fejszéjüket, egy baktérium – a Mycoplasma genitalium – genomját szintetizálták meg.

A poliovírust 2002-ben a Stony Brook Egyetem munkatársai állították elő
A poliovírust 2002-ben a Stony Brook Egyetem munkatársai állították elő

Ez a faj egyike a legegyszerűbb sejtes élőlényeknek, ezért esett rá a választás. Első lépésként a baktérium kis DNS-darabjait rakták össze nukleotidonként, majd az így kapott kis szakaszokat nagyobb DNS szegmensekké „ragasztották össze”, élesztő sejteket használva a szaporításukhoz. Venterék a szintetikus DNS élő sejtbe való átültetését 2010-ben végezték el egy korábban általuk kidolgozott DNS transzplantációs módszer alkalmazásával. A technika lényege az, hogy egy rokon mikoplazma faj – a M. capricolum – DNS-ét eltávolították, majd ennek helyére beültették a M. genitalium szintetikusan előállított DNS-ét.

Nem meglepő módon, mivel egy szervezet sajátságait döntően a DNS határozza meg nem pedig a sejt egyéb részei, a létrejött élőlény M. genitalium lett. Venter szándékainak megfelelően a média hatalmas felhajtással kommentálta az első mesterséges sejt-alapú organizmus létrehozását. Szakmai szemmel nézve, ebben a tudományos eredményben „csupán” az alkalmazott technika az újdonság, mivel maga a szintetikus élőlény megegyezik a mintaként szolgáló természetes fajjal. Mégis, rendkívüli jelentőségű tettről van szó, mivel e technika alkalmazásával a későbbiekben tetszőleges szintetikus fajokat állíthatunk majd elő.

A mesterséges ember még odébb van

Az így létrejött életformát digitális életnek is nevezik, mivel azt számítógép segítségével tervezték meg. Venter, a fent említett dublini konferencián, újabb, 2013-ra várható áttörést jelentett be a mesterséges élet területén. Jelenleg, három párhuzamos kísérletsorozatban olyan élőlények létrehozásán dolgoznak, melyeknek természetes megfelelői nem léteznek. Azért három kísérletben, mert nem biztosak abban, hogy egyetlen megközelítés életképes organizmusokat eredményezne. Feltételezhető, hogy a kutatók a természetben már létező minimális számú gén kombinálásával szeretnék elérni a céljukat.

Nem valószínű azonban, hogy mesterséges sejtet hoznának létre, valószínűleg egy baktérium sejtjébe ültetik majd be a szintetikus DNS-t. A mesterséges élet gyakorlati alkalmazásának lehetőségei korlátlanok. A kutatás első fázisában mesterséges baktériumokat lehet létrehozni például új energiaforrások hasznosítására, vagy a környezet megtisztítására. Ezek megvalósítása egyébként Venter nem titkolt célja. Amikor majd jobban megismerjük a gének funkcióit és kölcsönhatásait, lehetőség lesz olyan szintetikus gének előállítására, amelyeknek nincs megfelelője az élő szervezetekben. Az úgynevezett eukarióta sejtek (például emberi sejtek) jóval bonyolultabbak, a DNS-ük pedig három nagyságrenddel nagyobb, mint a baktériumoké, ezért az ilyen sejtek létrehozása még valószínűleg sokat várat majd magára.

A többsejtű szintetikus élőlények előállítása pedig egyelőre a science fiction gondolatvilágába tartozik, mivel a sejtek kommunikációjának programozása jóval nehezebb feladatnak tűnik egy szaporodni képes sejt létrehozásától. A többsejtű szervezetek ugyanis bonyolult egyedfejlődésen mennek keresztül, melynek során az eleinte el nem elkötelezett sejtek időben programozott módon differenciálódnak különféle sejttípusokká, pusztulnak el, vándorolnak a testen belül és alakítják ki a különféle szerveket és szervrendszereket, illetve az azokon belüli kapcsolataikat.

Nem földi típusú élet

Egy érdekes lehetőség a nem földi típusú élet létrehozása. Ennek egyszerűbb verziója egy olyan sejt-alapú élet lehetne, amely a földi típusú genetikai kódszótár helyett egy másikat használ. Ismert, hogy a fehérjéket felépítő 20 aminosav mindegyikét úgynevezett bázishármasok kódolják (Magyarázatként: a DNS-t felépítő nukleotidok alkotóelemei a bázisok, amelyeknek négy fajtája fordul elő – adenin (A), timin (T), guanin (G) és citozin (C) –; a bázisok biztosítják az örökítőanyag változékonyságát). Van olyan aminosav, amelyet egyetlen bázishármas (triplet) határoz meg (például a metionint az ATG), de tipikusan a négy triplet – egy aminosav reláció a jellemző (például a valint a GTA, GTC, GTT és a GTG tripletek kódolják). A lényeg az, hogy a ma létező fajok kódrendszere megegyezik, ezt hívjuk a genetikai kód univerzalitásának.

76115712
Fotó: Cameron Spencer

Az univerzális kód egyébként a közös leszármazás egyik legfőbb bizonyítéka, mivel nincs eleve elrendelt fizikai vagy kémiai kényszer az egyes aminosavak és a bázishármasok között, ez a kapcsolat egyszerűen befagyott az evolúció folyamán. Másfajta kódrendszert használó élőlényeket könnyebben lehetne kontrollálni is. Az ilyen szervezetek DNS-e nem „szennyezhetné” el a természetes fajok genetikai állományát, mivel a két DNS egymással nem kompatibilis, nem lennének képesek egymás sejtjeiben működni. Elvileg, a földitől teljesen eltérő életformák is létrehozhatóak mesterségesen. Ezek közé értendőek a gépi, szoftver-alapú életformák is. A DNS ugyanis pusztán a genetikai információ fizikai megtestesülése, ezt a hardverfunkciót elvileg mikrocsipek is elláthatják. Érdekes lehetőség az önfejlesztő mesterséges intelligencia létrehozása is.

Végezetül, a szintetikus élet ideájának elfogadása segíthet a ma vitatott kérdések újragondolásában és elfogadásában, értve ezalatt többek között a genetikailag módosított élelmiszerek, a klónozás, a génsebészet és az őssejt terápia kérdésköreit. Jelenleg ugyanis ezekben a kérdésekben a tudatos manipuláció és tudatlanság egyvelege uralja a közvélekedést és a politikai döntéseket, ami egyrészt, súlyosan veszélyezteti Európa versenyképességét a modern biotechnológia számos területén, másrészt, a hiedelmek és előítéletek által irányított társadalmak a gyűlölködés és a bezártság felé orientálódnak, ami inkább egy elkerülendő, mint kívánatos cél.

(A szerző egyetemi tanár, a Szegedi Tudományegyetem Általános Orvostudományi Kara Orvosi Biológiai Intézetének munkatársa.)