13 millió euróból születik meg a mesterséges élet

Szathmáry Eörs evolúcióbiológus, az MTA rendes tagja, akit többek között a John Maynard Smithszel közösen írt Az evolúció nagy lépései című könyvvel kapcsolatban ismerhetünk, három külföldi kutatótársával együtt nyerte el az Európai Kutatási Tanács legrangosabb pályázatát, és az ezzel járó 13 millió eurót. Céljuk, hogy bebizonyítsák, lehetséges kémiai molekulákból kiindulva hat év alatt életet teremteni laboratóriumi körülmények között is.

Szathmáry három másik kollégája is topkutató, Andrew Griffith molekuláris biológus, aki kifejlesztette a molekuláris kompartmentalizációs technikát, ezzel igen apró, stabil cseppeket tud létrehozni, amelyek a megfelelő pillanatban kettéoszthatók. A csapatot két vegyész is erősíti, Sijbren Otto és Gonen Ashkenasy, akik a virtuális és a valós reakciórendszerek felépítésén dolgoznak.

Pici élet

Projektjük, a MiniLife akkor lesz sikeres, ha egy tápoldattal teli tartályban mikroszkopikus golyócskák úszkálnak, növekednek és osztódnak majd. Ez egy olyan, eddig nem létező, egyedülálló rendszer lesz, amin vizsgálhatják majd az evolúció folyamatát, s ami hasznos feladatok elvégzéséhez tud alkalmazkodni, miközben az általa „választott” kémiai megoldások jól követhetők lesznek.

Szathmáry elmondja, a projekt ötlete Gánti Tibor elgondolásán alapul, mert ugyan az embereket nagyon régóta foglalkoztatja, hogy mi az élet, miben különbözik az élettelen természet objektumaitól, Gánti Tibor állt elő a kérdés legjobb megközelítésével. 

Gánti már a hetvenes években publikálta „chemotonnak” nevezett elméletét, amiben azt fejtegeti, hogy minden egyszerű, élő rendszernek három komponensre van szüksége. Ez pedig az

• anyagcserét végző összetevő,
• az öröklődést biztosító rész,
• és a határoló rendszer.

Ez utóbbi akadályozza meg, hogy a komponensek szétszóródjanak. 

Szathmáry Eörsék nagy ötlete az volt, hogy első lépésként kísérletet tesznek egy, az élet Gánti Tibor által lefektetett kritériumainak megfelelő rendszer létrehozására. Ahogy Szathmáry mondja:

Az alrendszereknek egységes egészként kell működniük. Ezek mind autokatalitikus rendszerek, vagyis saját keletkezésüket katalizálják. A biológiai szaporodás mélyén mindig ilyen rendszerek vannak.

A MiniLife-teremtés célja olyasmi, mint egy baktérium: felvesz anyagokat, öröklődik, osztódik. Ha ez létrejön, bizonyítható, az élő rendszer kémiai alapú. 

Ugyan Szathmáry az elméleti kutató és az ötletgazda, de a munka korántsem elméleti, a cél éppen az, hogy lombikban működjön az egyszerű organizmusok létrehozása kémiai kapcsolódások révén. Nem elvi kémia, hanem „megfogható”, reményeik szerint 100 nanométer méretű gömbök lesznek.

De mihez kell a sok euró és a hat év?

Ahogy Szathmáry Eörs fogalmaz:

Meg kell találni a komponenseket, működésüket biztosítani, ne szaporodjon el egyik alrendszer sem. A lényeges, hogy valódi kémiai reakciók és szerveződések jöjjenek létre, és így megszülessen az első mesterséges élő rendszer.

A kutatásba azért most vágtak bele, mert „a tudomány általános fejlődése és a kémia bizonyos területei most értek el oda, hogy technikailag meg tudjuk valósítani, jelenleg már van annyi ismeretünk az autokatalitikus rendszerekről, ami már elég”.

Kémiai analitikai módszerekre, vagyis kémiai diagnosztikára van szükség, és ezek a módszerek rengeteget fejlődtek az utóbbi időben. Az MI gépi tanulását is használják, amikor számítógépes szimulációkban azt vizsgálják, hogy működnek együtt a különböző minőségű alrendszerek. 

Szathmáry hozzáfűzi:

Fontos, hogy minden típusú alrendszerből többféle működő példa legyen a kezünkben, autokatalitikus rendszerből nem ismerünk még sokat, de arra törekszünk, hogy legyen több, ami kémiailag működik. A generatív kémia azt csinálja, hogy a számítógépes modellben a különböző molekulák tulajdonságai alapján próbálja megjósolni a reakcióikat, kialakul egy nagy kémiai hálózat sok komponenssel, reakcióval.

Abban bíznak, hogy az elmélet képes olyat jósolni az autokatalitikus rendszerekről, ami reménykeltő, és azt akkor ki lehet próbálni a gyakorlatban is. De hangsúlyozza, hogy ez nem az élet keletkezésének kutatása, hanem mesterséges élő rendszerek előállítása, és az ő komponenseik nem feltétlenül realisztikusak az élet történelmi keletkezése szempontjából. A MiniLife-ban jellemzően nem a mai földi élet anyagaival dolgoznak, mert ezekkel a vegyületcsaládokkal a cél könnyebben elérhető.

Vajon összefüggésbe hozható-e a kutatás a potenciális földön kívüli élettel? Szathmáry válasza az, hogy a Gánti-féle koncepcióban funkció szempontjából vannak absztrakt szerveződési elvek, amelyeknek a működését szeretnék most illusztrálni. „Az absztrakt pedig azt jelenti, hogy ha máshol, nem a Földön esetleg, van olyan élet, ami nem a mi kémiánkon alapszik, akkor is szerveződhet így.”

Vagyis anyagcsere-folyamatok, határoló rendszer, örökletes rendszer elvén. És az evolúcióbiológus még kiegészíti annyival, hogy a nagy holdakon, az Európán, Titánon, Enceladuson vannak szerves anyagok és sok víz is, óriási dolog lenne, ha ezeken a holdakon életet találnánk, ami egy független evolúció révén jelenhetett meg. „Vajon milyen kémiai megoldások lehetnek bennük, vagy genetikai kód? Vár még ránk a távoli bolygók légkörének vizsgálata, amihez egyre közelebb kerülünk. Ha egy sok fényévre lévő bolygó légköre furcsa, gyanús, ott akár lehet élet is.”

(Borítókép: Szathmáry Eörs 2018. július 2-án. Fotó: Bődey János / Index)