Οργανισμός με τεχνητά “γράμματα” στο DNA του

Ένα ακόμη σημαντικό -και, για κάποιους, επίμαχο- βήμα πραγματοποιήθηκε στο πεδίο της συνθετικής βιολογίας, καθώς το «αλφάβητο» της ζωής μεγάλωσε με τεχνητό τρόπο και απέκτησε πλέον έξι γράμματα, αντί για τα τέσσερα που του χάρισε η φύση.

Αμερικανοί επιστήμονες δημιούργησαν τον πρώτο οργανισμό -ένα κοινό βακτήριο E.coli- του οποίου το γενετικό υλικό περιλαμβάνει ένα πρόσθετο ζεύγος «γραμμάτων» (βάσεων) DNA που δεν υπάρχουν στη φύση.

Το επίτευγμα ανοίγει νέες δυνατότητες για την ιατρική, τη φαρμακευτική, τη βιομηχανία – και γενικά για την ανθρώπινη φαντασία. Τα κύτταρα αυτού του μοναδικού μέχρι σήμερα ημι-συνθετικού μικροοργανισμού μπορούν να αναπαράγουν -και συνεπώς να πολλαπλάσιάσουν- αυτό το «αφύσικο» DNA και έτσι να το κληροδοτήσουν στις επόμενες γενιές.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή βιοχημείας Φλόιντ Ρόουμσμπεργκ του Ινστιτούτου Ερευνών Scripps της Καλιφόρνια, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό “Nature”, σύμφωνα με το «New Scientist», τους «Τάιμς της Νέας Υόρκης» και τη βρετανική «Γκάρντιαν».

Εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια «η ζωή στη Γη, σε όλη την ποικιλομορφία της, κωδικοποιείται σε δύο μόνο ζεύγη χημικών βάσεων DNA (Α-Τ και C-G ή αδενίνη-θυμίνη και κυτοσίνη-γουανίνη). Αυτές οι τέσσερις βάσεις αποτελούν τους κώδικες για τα 20 αμινοξέα, τους θεμέλιους λίθους από όπου δημιουργούνται σχεδόν όλες οι πρωτεΐνες και, τελικά, οι διάφορες μορφές ζωής.

Κάποια στιγμή θα καταστεί πιθανώς δυνατό να δημιουργηθούν πλήρως συνθετικές μορφές ζωής, που δεν θα περιέχουν κανένα από τα τέσσερα «γράμματα» με τα οποία μέχρι σήμερα έχει «γραφτεί» η ιστορία της ζωής στον πλανήτη μας. Θα μπορούσε έτσι μελλοντικά -χάρη σε ένα διαφορετικό γενετικό σύστημα- να δημιουργηθεί μία τελείως «εξωγήινη» μορφή ζωής πάνω στον πλανήτη μας.

Όπως είπε ο Φλόιντ Ρόουμσμπεργκ, «αυτό που κάναμε, είναι ένας οργανισμός που περιέχει σταθερά αυτά τα δύο ζεύγη Α-Τ και C-G, συν ένα τρίτο αφύσικο ζεύγος βάσεων. Αυτό δείχνει ότι είναι δυνατές και άλλες λύσεις για την αποθήκευση (βιολογικών) πληροφοριών, πράγμα που ανοίγει το δρόμο για μια “βιολογία διευρυμένου DNA” με πολλές συναρπαστικές εφαρμογές – από νέα φάρμακα έως νέα είδη νανοτεχνολογίας».

Η συγκεκριμένη ερευνητική ομάδα εργάζεται από το τέλος της δεκαετίας του ’90, προκειμένου να βρει ζεύγη μορίων που είναι δυνατό να λειτουργήσουν ως βάσεις DNA, που θα κωδικοποιούν πρωτεΐνες και θα αποτελούν τη βάση για οργανισμούς, οι οποίοι ποτέ μέχρι σήμερα δεν έχουν υπάρξει στη φύση – και φαίνεται πως επιτέλους το πέτυχαν, παρά τις μεγάλες δυσκολίες. Η μεγαλύτερη δυσκολία ήταν τα δύο έξτρα συνθετικά «γράμματα» του DNA με τις ονομασίες d5SICS (ή βάση Χ) και dNAM (ή βάση Υ), που από χημική άποψη έχουν ελάχιστη ομοιότητα με τα τέσσερα υπάρχοντα χημικά γράμματα – βάσεις της φύσης, να γίνουν αποδεκτά, να ενσωματωθούν στο υπόλοιπο «αλφάβητο της ζωής» και να μην απορριφθούν από τους φυσικούς αμυντικούς μηχανισμούς που διαθέτει το DNA για να αυτο-επιδιορθώνεται.

Σε πρώτο στάδιο, πριν λίγα χρόνια, οι ερευνητές πέτυχαν να δημιουργήσουν ημι-συνθετικό DNA στο εργαστήριο. Τώρα, για πρώτη φορά, έδειξαν ότι αυτό το DNA με τα πρόσθετα «γράμματα» λειτουργεί κανονικά -έτσι φαίνεται τουλάχιστον- σε ένα ζωντανό οργανισμό και στα κύτταρά του. Το ημι-συνθετικό DNA αναπαράγεται με ικανοποιητική ταχύτητα και ακρίβεια, δεν εμποδίζει ιδιαίτερα την ανάπτυξη των κυττάρων του βακτηρίου και δεν δείχνει να χάνει στην πορεία τα αφύσικα ζεύγη βάσεων του γενετικού υλικού του.

Οι ερευνητές ήδη σχεδιάζουν το επόμενο βήμα τους, που θα είναι να δείξουν ότι αυτό το διευρυμένο αλφάβητο του DNA μπορεί να «μεταφραστεί» σε νέου τύπου πρωτεΐνες, άρα και σε νέες μορφές ζωής.

Όπως είπε ο αναπληρωτής καθηγητής βιοχημείας, «θα μπορούσαμε να κωδικοποιήσουμε νέες πρωτεΐνες από νέα αμινοξέα που δεν υπάρχουν στη φύση. Αν διαβάζεις ένα βιβλίο που έχει γραφτεί με τέσσερα γράμματα, δεν είσαι σε θέση να πεις πολλές ενδιαφέρουσες ιστορίες. Αν όμως διαθέτεις περισσότερα γράμματα, τότε μπορείς να εφεύρεις νέες λέξεις, μπορείς να βρεις νέους τρόπους να χρησιμοποιήσεις αυτές τις λέξεις και έτσι μπορείς πιθανώς να πεις πιο ενδιαφέρουσες ιστορίες».

Το νέο επίτευγμα -και οι άγνωστες προοπτικές που ανοίγει- αναμένεται να πυροδοτήσουν νέες ανησυχίες ότι οι επιστήμονες «παίζουν τον Θεό», διακινδυνεύοντας να απελευθερωθεί στο περιβάλλον κάποια ανεξέλεγκτη μορφή ζωής με άγνωστες συνέπειες.

Από την άλλη, οι πιο αισιόδοξοι προσπαθούν να φανταστούν τις τεράστιες δυνατότητες που ανοίγονται από μια βιολογία που δεν θα περιορίζεται πλέον στο γενετικό «αλφάβητο» που «επέλεξε» η φύση. Για παράδειγμα, θα ήταν ίσως δυνατό να ενσωματώνεται ένα τοξικό αμινοξύ σε μία ανύπαρκτη μέχρι σήμερα πρωτεΐνη, έτσι ώστε αυτή να καταστρέφει μόνο τα καρκινικά κύτταρα.

Ήδη η ομάδα του Φλόιντ Ρόουμσμπεργκ έχει ιδρύσει την εταιρεία Synthorx στην Καλιφόρνια, για να αξιοποιήσει εμπορικά τις διαγραφόμενες πρακτικές εφαρμογές.