Dá se vyrobit umělá bakterie?

Americký biolog Craig Venter, který se proslavil v souvislosti s projektem čtení lidského genomu, představil v roce 2002 další vskutku bombastický záměr – vytvořit první syntetickou bakterii. 21. STOLETÍ pátralo, kam tento vědecký projekt od té doby dospěl?

Umělé buňky a organismy jsou dnes rutinně vytvářeny po stovkách, tedy alespoň pokud pod tímto pojmem rozumíme organismy, které obsahují nějakou jinou genetickou informaci, než kterou dostaly v genomu (veškerá genetická informace uložená v DNA) do vínku od matky přírody.

„Venter má však na mysli nikoliv přidat do existujícího organismu další gen nebo chromozom, ale skutečně syntetizovat organismus zcela nový.“, vysvětluje Petr Pajer z Ústavu molekulární genetiky AV ČR. O něčem takovém snilo sice lidstvo s trochou nadsázky už od dob Golema, biologie si však na podobné projekty mohla začít troufat až v posledních letech.

Shora, nebo zdola?K řešení problematiky nejjednoduššího života existují minimálně dva přístupy, které mohou vést ke zcela odlišným výsledkům. „Mohli bychom je označit jako shora-dolů a zdola-nahoru“ doplňuje Petr Pajer. „První přístup spočívá v postupném oklešťování existujícího organismu až k jeho nejjednodušší životaschopné formě. Nevýhodou tohoto přístupu je například zjevná skutečnost, že pokud vyjdeme z různých organismů, pak pravděpodobně dostaneme i odlišné výsledky (týká se to např.

„minimální“ sady genů v genomu). Druhý přístup naopak začíná s neživými komponenty a jeho cílem je jejich skládáním vytvořit systém, který by splňoval základní definice života (metabolismus, rozmnožování…).

“Při přípravě umělého života ovšem narážíme na řadu problémů a nelze tedy postupovat striktně podle nějakého stavebního plánu. Živá buňka není dům, ale dynamická struktura, ve které se neustále něco děje.

Navíc ani nejsme zatím schopni dostatečně přesně manipulovat přímo s objekty na molekulární úrovni. Na to bychom museli mít nějaké „pinzety“ velikosti molekul. V praxi proto musíme postupovat podobně jako pozemská evoluce, když „vyráběla“ první buňku. „Dáte prostě dohromady určité komponenty a budete doufat, že se nějak samy složí, že systém začne fungovat,“ vysvětluje Petr Pajer. „A pokud k tomu nedojde, zkusí se to znovu a znovu, vždy za trochu jiných podmínek.“

Nechat to na přírodě!Vlastně dnes ani nevíme, jak takový systém oživit, a musíme proto doufat, že obživne sám, například když se nám podaří využít nějakou laboratorní a mnohonásobně zrychlenou obdobu přírodního výběru.

Pro ilustraci lze zmínit potíže, na které narážejí molekulární biologové při tvorbě umělých chromozomů. Také v tomto případě se ukazuje, že je jednodušší se do toho přírodě moc neplést a nechat celý proces proběhnout spontánně, tedy syntetizovat tak velké kusy DNA, jak jsme schopni, a nechat buňku, aby si nový chromozom složila sama.

Pokud už se jednou umělý chromozom podaří vytvořit, je velká naděje, že už se bude chovat standardním způsobem, tedy že se udrží v buňkách i při dělení a bude se normálně přenášet do dalších generací.

Takový proces se podařilo realizovat nejen u jednotlivých buněk, ale na světě je již i celé plemeno myší s jedním chromozomem navíc. Složitá cestaKdyž Craig Venter oznámil pokus o tvorbu umělé buňky, kladl si kromě teoretických otázek (evoluční teorie, vznik života…) i zcela praktické cíle.

Chystaná bakterie měla třeba pomoci s vodíkem pro předpokládaný budoucí věk vodíkové energetiky, počítalo se taktéž se snížením škodlivin, eventuálně i se vznikem nějakého efektivnějšího způsobu fotosyntézy.

Hned v roce 2002 Venterův tým oznámil, že se mu za pouhé dva týdny podařilo synteticky „vyrobit“ umělý virus (konkrétně bakteriofág Phi-X174). K jakému dalšímu pokroku mezitím došlo?Podle Petra Pajera bylo určitým mezníkem výzkumu stanovení takzvaného minimálního genomu, tj.

genomu obsahujícího něco málo přes 200 genů, které jsou pro nejprimitivnější život naprosto nepostradatelné. Vědci přitom vycházeli z bakterie Mycoplasma genitalium, která je se svými asi 500 geny nejjednodušším přirozeným organismem vůbec (pokud tedy za živé nepokládáme viry).

Dalším klíčovým úkolem má nyní být vlastní sestavení takové minimální životní formy. Nikoliv pouze oklešťováním již existujícího organismu, ale laboratorní syntézou.

Spory a kritikyKromě nábožensky laděných výzev aktivistů, kteří v podobných případech vždy opakují, že vědci si hrají na boha, vyvolal Venterův projekt i serióznější kritiku. Předpokládaný efekt projektu řada odborníků zpochybňuje s tím, že umělý „minimální“ mikroorganismus bude jen jakousi skleníkovou květinkou.

Budeme jej nuceni horko těžko udržovat při životě v umělých laboratorních podmínkách. Fantazie o syntéze vodíku mají Venterovi podle kritiků pouze otevřít cestu k americkým grantovým penězům.Příznivci projektu ovšem tvrdí, že minimální organismus je pouze začátek.

Následně budeme do skládačky přidávat další geny podle své potřeby a vytvářet tak už organismy šité na míru našim konkrétním požadavkům. Jak vidno, předpokládaný postup vlastně kombinuje výše zmíněné přístupy „zdola“ a „shora“.

Pozor na teroristy!V červnu letošního roku Craiga Ventera oznámil, že jeho tým vypracuje studii, která by měla shrnout co všechno může umělý život přinést. Měla by ale také odhadnout možná rizika. V současné atmosféře nepřekvapuje, že analýza se zaměří i na potenciální zneužití syntetických organismů teroristy.

Venterův tým také studuje dosud málo známé bakterie žijící ve vodě a ve vzduchu. V letošním roce má být nově přečtena genetická informace asi 100 vodních mikroorganismů a současně prozkoumány biochemické přeměny, které tyto mikroorganismy dovedou.

Tak mají být identifikovány geny, které by se lidstvu do budoucna mohly hodit. Více se dozvíte: http://www.venterinstitute.org

Umělý organismus a evolucePokud se nám skutečně podaří připravit živou bakterii z neživé hmoty, bude mít takový úspěch samozřejmě závažné filozofické dopady. Vyvstane ihned otázka, zda první buňky vznikly před nějakými 4 miliardami let podobným procesem, jaký jsme nyní nechali zrychleně proběhnout v laboratoři.

Podle Petra Pajera však není cílem podobných projektů přesně rekonstruovat evoluci, ale spíše ukázat, že na vzniku života není nic nemožného a snad naznačit, jaké chemické procesy se na tom všem mohly podílet.

„Což se snad přece jen více či méně úspěšně daří,“ shrnuje Pajer.

Biologické zbraněSoučasná atmosféra strachu z terorismu samozřejmě nahrává různým konspiračním teoriím o tom, že řada současných hrozeb byla ve skutečnosti vytvořena uměle. Jaká je realita? „V průběhu 20. století rozvinulo několik států, nejprve Japonsko a posléze Sovětský svaz a USA, velmi rozsáhlý a nákladný program biologických zbraní,“ připouští Petr Pajer. V rámci biologických zbrojních programů byly vyšlechtěny bakteriální a virové patogeny s vyšší infekčností, přežíváním i odolností vůči antibiotikům.

Všechny byly vytvořeny jako variace na již existující organismy. Se současným Venterovým projektem umělých buněk to nemělo nic společného. Programový přístup USA k vývoji biologických zbraní se radikálně lišil od přístupu praktikovaného Sovětským svazem.

Zatímco USA společně s vývojem nové biologické zbraně vyvíjely i odpovídající vakcínu/lék, Sověti zastávali názor, že zbraň, proti které existuje protizbraň, není pro vojenské účely dostatečně dobrá.

Možné budoucí zneužití se však podle Petra Pajera prozatím nezdá být příliš akutní. „Do budoucnosti samozřejmě vidět nemůžeme, ale vývoj patogenů je náročný jak finančně, tak z hlediska personálního a bezpečnostního, a dovolit si ho mohou pouze velmi bohaté státy.

Faktem navíc zůstává, že v těch několika historických případech, kdy byly biologické zbraně prokazatelně použity, nezaznamenaly jako zbraň zásadní úspěch.“