Zabawa w Pana Boga

Kilka ośrodków naukowych na świecie prowadzi eksperymenty, które można porównać do zabawy w Stwórcę. Ich autorzy uważają, że w nadchodzącej dekadzie skonstruują genom i w laboratorium narodzi się pierwsza sztucznie wykreowana forma życia. Poza zgłębieniem tajemnicy powstania życia na Ziemi badania mają umożliwić produkcję nowych leków i szczepionek.
Przepis na stworzenie życia krąży po laboratoriach co najmniej od kilku lat. Jest on pozornie prosty: wystarczy wziąć "garść genów" niezbędnych do życia, skleić z nich DNA, umieścić w probówce wypełnionej aminokwasami, tłuszczami i cukrami, pozostawić na pewien czas w spokoju i czekać. Jeśli eksperyment się powiedzie, DNA wybuduje wokół siebie błonę komórkową. "Stworzenie" powinno żyć i zacząć się rozmnażać. Trudno się oprzeć zaletom takiej technologii. Nadając sztucznym mikrobom określone właściwości, moglibyśmy opracować nowe leki, szczepionki, a nawet materiały do wykorzystania w przemyśle.
Tygodnik "Science" publikuje badania dr. Clyde’a A. Hutchisona III, mikrobiologa z University of North Carolina w Chapel Hill, i jego kolegów z The Institute for Genomic Research (TIGR) w Rockville, którzy są coraz bliżsi ostatecznego zgłębienia tajemnicy życiodajnej mieszanki genetycznej. Według
Hutchisona, do wytworzenia w laboratorium jednokomórkowego organizmu niezbędny jest prosty genom (kompletny zestaw genów zawartych w każdej komórce organizmu), składający się zaledwie z 265-350 wytwarzających białka genów. Przedmiotem intensywnych badań jest niewielki mikrob Mycoplasma genitalium. Ma on o pięć tysięcy mniej genów niż genom człowieka. Ta niewielka bakteria jest jednak dla naukowców niezwykle interesująca, gdyż ma jedynie 517 genów komórkowych - mniej niż jakikolwiek organizm jednokomórkowy. Badacze, próbując ustalić, które z nich są istotne, posłużyli się metodą prób i błędów, wklejając nie powiązane z sobą fragmenty DNA do poszczególnych genów i obserwując ich funkcjonowanie. Okazało się, że maleńki organizm nie reagował na wiele prób. "Doszliśmy do wniosku, że jeśli komórki po takim eksperymencie nadal rosną i się dzielą, oznacza to, że uszkodziliśmy wyłącznie nieistotne geny. Nasze zdumienie nie miało granic, gdyż okazało się, że nasz minimalny genom zawierał ok. 100 genów, których roli zupełnie nie rozumiemy. To odkrycie podważa wiele generalnie akceptowanych poglądów dotyczących podstawowych zasad regulujących funkcje żywej komórki. Co więcej, mamy nadzieję, że dalsze doświadczenia pozwolą nam się wreszcie dowiedzieć, czym jest życie" - twierdzi Clyde A. Hutchison. Specjaliści uważają, że stworzenie najprostszej sztucznej formy życia mogłoby mieć również dużą wartość komercyjną. Współautor publikacji w "Science", Craig Venter (jeden z założycieli The Institute for Genomic Research, obecnie kierujący Celera Genomics), uważa, że sztuczne mikroorganizmy mogłyby być modyfikowane w laboratoriach i służyć do stworzenia biologicznie aktywnych czynników użytecznych w leczeniu różnych chorób. "Zdefiniowanie minimalnego genomu jest podstawowym zadaniem dla współczesnej genetyki, a chyba nikt do tej pory nie prowadził takich eksperymentów" - twierdzi laureat Nagrody Nobla Hamilton Smith, jeden z pionierów badań w The Institute for Genomic Research. Naukowcy uważają, że dzięki zdobytej do tej pory wiedzy powinni stworzyć nową formę życia w najbliższej dekadzie. Zamierzają pobrać geny z najprostszych ziemskich organizmów, skonstruować nowy genom i użyć go do wykreowania mikroba. "Pomysł skonstruowania nowej formy życia z tzw. pierwotnej zupy chemicznej brzmi jak opowieść fantastyczna, lecz postęp w genetyce jest tak szybki, że z każdym dniem badacze są coraz bliżsi zrealizowania swoich ambicji" - uważa dr Craig Venter. Sam ma nadzieję, że pewnego dnia jego marzenie zostanie zrealizowane w jego laboratorium. Venter pracuje nad stworzeniem sztucznej wersji mikroba Mycoplasma genitalium. Zbudowana z surowych chemicznych cegiełek życia bakteria będzie prawdopodobnie wyposażona zaledwie w 300 genów (genom człowieka zawiera prawie 100 tys. genów). Chociaż do przeżycia konieczne jest od 265 do 350 genów, badacze nadal nie są do końca pewni, za co one odpowiadają. "50 proc. genów w każdym sekwencyjnym genomie jest dla nauki zupełnie nowych. Każdego dnia moja praca sprowadza mnie z obłoków na ziemię i przekonuję się, jak ciągle niewiele wiem" - przyznaje Venter.
Prostszy eksperyment powiódł się już jednak w Niemczech. Badacze z Ruhr Universität w Bochum stworzyli w laboratorium molekuły, które - podobnie do DNA - potrafią tworzyć własne kopie i podlegają przemianom porównywalnym do procesu ewolucji. Chociaż podobne próby udały się także w innych ośrodkach, niemieccy naukowcy posunęli się o krok dalej, próbując skopiować zachowanie cząsteczek DNA. Kierujący projektem prof. Günther von Kiedrowski podkreśla: "Różnica między naszym eksperymentem i poprzednimi jest fundamentalna. Nasza cząsteczka potrafi się rozwijać w sposób niezbędny do wywołania sztucznej ewolucji. Liczba cząsteczek za każdym razem się podwaja. W takim tempie nie może wzrastać żadna żywa populacja. W naszym laboratorium - tak jak w świecie zwierząt i roślin - przeżywają jedynie najsilniejsze i najlepiej przystosowane cząsteczki i tylko one podlegają ostatecznie replikacji. Pozostałe giną. Zaletą przeprowadzania tego eksperymentu w laboratorium jest możliwość kontrolowania warunków gwarantujących ewolucji przebieganie w pożądanym kierunku i umożliwiających cząsteczkom przetrwanie i replikację".
Podobny cel mają też prowadzone w Kalifornii badania nad sztucznymi komputerowymi organizmami. Grupa badaczy z California Institute of Technology (Caltech), University of California w Los Angeles i Michigan State University udowodniła, że ich cyfrowe organizmy podlegają mutacjom bardzo zbliżonym do mutacji bakterii, grzybów i muszek owocówek. Specjalista z Caltech w dziedzinie informatyki i układów neuronowych Chris Adami oraz jego koledzy stworzyli programy komputerowe, które są cyfrowymi organizmami podlegającymi samoreplikacji, mutacjom i adaptującymi się do nowych warunków w sposób analogiczny do prawa naturalnej selekcji w przyrodzie. Wiele komputerowych eksperymentów Chrisa Adami przebiega zgodnie z badaniami na prostych organizmach - bakteriach, grzybach i muszkach owocowych. Adami jest bardzo zadowolony, gdyż świadczy to o tym, że komputerowe organizmy mogą być pomocne w analizie podstawowych problemów biologii. "Zaletą takich eksperymentów jest ich prostota oraz wysoki poziom abstrakcji pozornie żywych systemów" - przekonuje Adami. "Niezwykle trudno jest rozwiązywać podstawowe kwestie dotyczące funkcjonowania organizmów biologicznych, gdy ma się do czynienia z osobnikami będącymi rezultatem trwającej już cztery miliardy lat ewolucji. Współczesny organizm jest niezwykle złożony. Ale życie na Ziemi zaistniało w wyniku pojedynczego zdarzenia, które nastąpiło bardzo dawno temu. Wszystko, co żyje na naszej planecie, jest powiązane z tym zdarzeniem. Jeśli więc możemy za pomocą komputerów spojrzeć na to, co wówczas nastąpiło, być może uzyskamy odpowiedź na pytanie, czym jest życie" - dodaje Adami. Ma to również implikacje dla przyszłych poszukiwań życia poza Ziemią. Ponieważ nadal w zasadzie nie wiemy, skąd się ono wzięło, jak się zmieniało i stawało coraz bardziej złożone, nikt tak naprawdę nie zna podstawowych zasad, które muszą być spełnione, aby mogło ono zaistnieć. "Jeśli udamy się na inną planetę i znajdziemy tam życie, czy będzie ono podobne do ziemskiego? Gdyby było podobne, lecz nie związane z ziemskim, oznaczałoby to, że życie jest prawdopodobnie wynikiem spełnienia pewnych ściśle określonych zasad. Jeśli jednak będzie inne, to u podstaw życia leżą różne i niekoniecznie stałe zasady" - przekonuje Adami. Program komputerowy Adamiego oparty jest na znanych zasadach regulujących życie organizmów na Ziemi i zakłada, że będą one prawdziwe w odniesieniu do życia poza naszą planetą. Zgodnie z nimi żywe systemy podlegają replikacji, przechowują informacje, chociaż ich właściwości się zmieniają, odróżniając jedne organizmy od drugich i umożliwiając im adaptację. Organizmy cyfrowe "żyją" według takich samych reguł. Istnieją one w "komputerowych probówkach", mają możliwość adaptacji do nowych nisz środowiskowych i lokalnych warunków, mogą na siebie oddziaływać i wymierać, stwarzając w ten sposób innym organizmom szansę zajęcia ich miejsca. Potrafią się też zachowywać w taki sam sposób, w jaki reaguje życie na Ziemi. Zamiast jednak ewoluować przez miliardy lat, cyfrowe mikroby zmieniają się w komputerach znacznie szybciej. "Potrafimy odtworzyć drzewo genetyczne, zmienić nieznacznie jego korzenie i rozpocząć program na nowo. W ten sposób kontrolujemy ich ewolucję. Jeśli na bardzo wczesnym etapie zmienimy jedynie jedną cząsteczkę, cały proces ewolucji przebiega zupełnie inaczej, zmieniając nasze wyniki z poprzedniej sesji" - twierdzi Adami.
Do niedawna takie eksperymenty były lekceważone przez biologów. Ale zdumiewające wyniki powoli przekonują najlepszych. "Razem z Richardem Lenskim, światowym ekspertem w dziedzinie eksperymentalnej ewolucji E. coli, powtórzyliśmy doświadczenie uprzednio przeprowadzone na tych bakteriach. Myślę, że nasza wspólna publikacja przekona biologów, iż próby stworzenia sztucznego życia są sposobem uzyskania odpowiedzi na fundamentalne pytania z dziedziny biologii" - twierdzi Adami.