Znajdź zawartość

W dzień zajmują się czymś zupełnie innym, np. pracują w barach czy w bankach, a w nocy przeobrażają się w biohakerów. Eksperymentują z inżynierią genetyczną, wykorzystując do tego samodzielnie wytworzone oprzyrządowanie laboratoryjne oraz wiedzę zdobytą w Internecie. Jedną z takich osób jest 31-letnia Meredith L. Patterson, programistka, która próbuje zmienić bakterie jogurtowe w taki sposób, by świeciły na zielono w obecności melaminy. Wg kobiety, domorośli genetycy często pracują na rzecz dobra ludzkości, ucząc się na bieżąco tego, co jest im potrzebne. Na razie nie doszło jeszcze do żadnych znaczących odkryć, ale to podobno kwestia czasu. Przeciwnicy samowolki biologicznej uważają, że szarlatani doprowadzą pewnego dnia do katastrofy środowiskowej, terrorystycznej bądź medycznej. Zwolennicy odparowują, że zapaleńcy mogą przecież odkryć w swoich domach czy garażach leki na choroby trapiące ludzkość, np. nowotwory. Wiele zgłaszających się na ochotnika osób studiowało biologię w college'u, ale nie uzyskało odpowiedniego tytułu naukowego. Posługiwanie się terminem biohaker ma swoje głębsze znaczenie. Jak tłumaczą sami zainteresowani, chodzi o przedkładanie postępu na płaszczyźnie naukowej nad zysk. W Cambridge powstała grupa DIYbio, która zakłada właśnie publiczne laboratorium. Chętni znajdą tu zarówno sprzęt, jak i niezbędne odczynniki. Pozyskano je od darczyńców. Mackenzie Cowell, jeden z pomysłodawców projektu, podkreśla, że amatorzy mogą się przyczynić do wynalezienia szczepionek czy wydajnych paliw, nieobce są im jednak bardziej rozrywkowe przedsięwzięcia, takie jak posłużenie się genami kałamarnicy, by uzyskać fluorescencyjny tatuaż. Wspomniana na początku Meredith L. Patterson korzysta z techniki opracowanej jeszcze w latach 70. Niezbędną wiedzę zdobyła, czytając pisma naukowe i szukając wskazówek na forach internetowych. Biorąc pod uwagę jej dzienną profesję, zadanie to nie było trudne. DNA meduzy, potrzebne do uzyskania świecących na zielono białek, zamówiła w firmie specjalizującej się w dostawach materiałów biologicznych. Za usługę zapłaciła zaledwie 100 dolarów. Większość urządzeń skonstruowała sama. Dzięki temu wzbogaciła się o komorę do elektroforezy żelowej i aparat analizujący DNA (ten kosztował ją mniej niż 25 dol.). Na efekty eksperymentowania na własną rękę z inżynierią genetyczną trzeba będzie jeszcze poczekać. Zupełnie inną kwestią jest natomiast ich ocena z punktu widzenia etyki. Kwestią tą należałoby się zająć jak najszybciej, podobnie jak uregulowaniami prawnymi.

Umiejętne "projektowanie" enzymów odpowiedzialnych za smak i zapach mogłoby być dla ludzi bardzo przydatne. Pozwoliłoby na poprawę smaku żywności lub zwalczanie szkodników upraw w bezpieczny dla ludzi sposób. Jest to zadanie bardzo złożone, lecz naukowcy ze szkoły medycznej Uniwersytetu Teksańskiego twierdzą, że uczynili ważny krok naprzód ku jego realizacji. Eksperyment, prowadzony przez dr. C.S. Ramana, polegał na modyfikacji genetycznej rzodkiewnika (Arabidopsis thaliana) - rośliny powszechnie stosowanej w badaniach naukowych. Badacze wprowadzili zmiany w genie kodującym enzym syntazę tlenków alkenów (AOS, ang. allene oxide synthase), odpowiedzialną za produkcję związków zapachowych z grupy jasmonianów. W wyniku modyfikacji uzyskano białko o właściwościach identycznych z innym enzymem, liazą wodoronadtlenkową (HPL, ang. hydroperoxide lyase), zdolną do produkcji związków lotnych odpowiedzialnych za zapach owoców i warzyw. Przeprowadzone przez naukowców badania mają nie tylko wartość czysto poznawczą. Jak tłumaczy dr Raman, substancje wytwarzane po modyfikacji genetycznej mogą być korzystne dla roślin: pamiętajmy, że rośliny nie mogą uciec przed robakami i innymi szkodnikami. Muszą sobie z nimi radzić. Jednym ze sposobów jest wydzielanie lotnych związków wabiących naturalnych wrogów tych szkodników. Oznacza to, że możliwe jest genetyczne modyfikowanie roślin w taki sposób, by zwalczały one robaki w sposób całkowicie bezpieczny dla człowieka. Opanowanie sztuki "projektowania" enzymów pozwoli także m.in. na wydajne wytwarzanie pożądanych związków odpowiedzialnych za smak roślin mających zastosowanie w przemyśle spożywczym. Kluczem do przeprowadzenia udanej modyfikacji genetycznej były precyzyjne dane na temat struktury enzymów. Dzięki zastosowaniu technik komputerowych możliwe było zaplanowanie modyfikacji genetycznej w taki sposób, by wzajemne ułożenie atomów w cząsteczce AOS zmienić tak, by białko to nabrało właściwości enzymu HPL. Obie te proteiny są ze sobą spokrewnione - należą do grupy tzw. cytochromów P450. Enzymy z tej grupy występują także w organizmie człowieka, gdzie odpowiadają m.in. za metabolizm niemal połowy przyjmowanych przez nas leków oraz ogromnej liczby innych wchłanianych przez nasze organizmy związków. Przełożony dr. Ramana, prof. Rodney E. Kellems, podkreśla istotę odkrycia: ważną zaletą tej pracy jest zastosowanie dziedziny biologii strukturalnej i ewolucyjnej w celu pogłębienia wiedzy na temat funkcji enzymów. Wiedza ta umożliwiła nam zademonstrowanie, że zmiana pojedynczego aminokwasu [cząsteczki budulcowej wchodzącej w skład łańcucha białkowego - przyp. red.] powoduje zamianę jednego enzymu w inny. Pokazuje to, że nawet pojedyncza mutacja może wpływać na ewolucję nowych szlaków biosyntezy. Zaczynamy w ten sposób odpowiadać na pytanie, w jaki sposób pojedynczy związek może być przekształcany w zupełnie różne produkty za pomocą uderzająco podobnych do siebie enzymów. Eksperci z Uniwersytetu Teksańskiego dokonali jeszcze jednego odkrycia. Zaobserwowali, że enzymy odpowiedzialne za produkcję bardzo podobnych związków zapachowych są wytwarzane także w organizmach zwierząt morskich. Na razie nie wiadomo jednak, jaką dokładnie pełnią u nich funkcję.

Specjaliści z California Institute of Technology zmodyfikowali genetycznie komórki drożdży, umożliwiając im syntezę wielu związków, których produkcja była dotąd zarezerwowana dla roślin. Opracowane mikroorganizmy mogą znacznie obniżyć koszty produkcji wielu powszechnie stosowanych substancji. Komórki drożdży piekarskich (Saccharomyces cerevisiae) są powszechnie używane nie tylko do produkcji pieczywa. Są one stosowane także jako "żywe reaktory" do produkcji leków (czego przykładem jest np. szczepionka przeciw wirusowi HPV) oraz wielu substancji używanych w przemyśle. Dwie badaczki z California Institute of Technology (Caltech), magistrantka Kristy Hawkins oraz jej opiekunka prof. Christina D. Smolke, postanowiły rozszerzyć ich możliwości o produkcję alkaloidów benzoizochinolinowych (BIA - ang. benzylisoquinoline alkaloids). Powszechnie stosowane związki z tej grupy to m.in. niektóre składniki kosmetyków, morfina czy nikotyna. Aby osiągnąć zamierzony efekt, badaczki zmodyfikowały komórki S. cerevisiae poprzez dodanie kilku genów charakterystycznych dla roślin wytwarzających BIA. Dzięki eksperymentowi możliwe było przeprowadzenie w komórkach drożdży syntezy retikuliny, jednego z podstawowych związków z tej grupy. Uzyskany produkt można szybko i tanio zmodyfikować w celu wytworzenia znacznej liczby substancji posiadających szerokie spektrum właściwości biologicznych. Mogą być używane m.in. jako leki zwiotczające mięśnie, uśmierzające ból czy przyśpieszające wzrost włosów. Niektóre alkaloidy benzoizochinolinowe posiadają także właściwości antymalaryczne, antyoksydacyjne czy przeciwnowotworowe. Potencjalne zastosowanie opracowanej technologii jest ogromne. Jak tłumaczy prof. Smolke, szacuje się, że istnieją tysiace związków w rodzinie BIA. Posiadanie źródła, które umożliwi wytwarzanie znacznych ilości określonych substancji z tej grupy, jest krytyczne, by możliwe było wykorzystanie ich różnorodnych właściwości. Dotychczas badania nad nimi były niejednokrotnie ograniczone ze względu na fakt, że jedynym ich źródłem były rośliny, wytwarzające je często w bardzo małych ilościach. Użycie w tym celu komórek drożdży, stosowanych powszechnie w inżynierii genetycznej ze względu na wysoką wydajność syntezy przy niskich kosztach hodowli, powinno znacząco uprościć ten proces. Kolejnym etapem eksperymentu badaczek z Caltech było wstawienie do "podstawowej wersji" drożdży kolejnych genów, odpowiedzialnych za modyfikację cząsteczek retikuliny. Pozwoliło to na wytwarzanie związków, z których można łatwo wytworzyć m.in. sangwinarynę (składnik pasty do zębów), antybiotyk berberynę oraz morfinę. Zdaniem prof. Smolke, w ciągu trzech lat powinno udać się wytworzenie specjalnych odmian S. cerevisiae, dzięki którym możliwa będzie synteza gotowych leków. Zmodyfikowane drożdże mogą posłużyć nie tylko do poprawy wydajności syntezy znanych alkaloidów, lecz także do poszukiwania zupełnie nowych, nieznanych dotąd związków. Być może niektóre z nich okażą się bardzo przydatne z punktu widzenia człowieka ze względu na unikalne właściwości, których nie wykazują podobne substancje występujące w naturze. Zdaniem prof. Smolke prowadzone przez nią i jej podopieczną badania mają potencjał, który może zostać wykorzystany do poszukiwania nowych leków przeciwko wielu chorobom. Praca ta jest także ekscytującym przykładem coraz bardziej skomplikowanych metod modyfikowania układów biologicznych w celu podejmowania wielkich wyzwań ludzkości.