Válság? Hol?

  „Újra 36 óráznunk kell” – mondja Novotni Anna, a Hajdu alelnöke. Először fordul elő, hogy címlapsztorink alanya arról beszél, hogy mi történt már meg náluk (és nem arról, hogy adott […]

A Forbes 2019. szeptemberi címlapja

Bővebben

Új mérföldkő a mesterséges élet, magyar kutatók munkája is kellett hozzá

Május közepén új mérföldkövet jelentettek be a mesterséges élet létrehozásában: egy baktérium teljes örökítőanyagát szintetikusra cserélték cambridge-i kutatók, ráadásul az egész élővilágban egységes genetikai kódon is változtattak. A hír bejárta a világsajtót, ám azt kevesen tudják, hogy a példátlan eredmény eléréséhez egy olyan baktériumot használtak, amelyet az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjában fejlesztett ki Pósfai György és kutatócsoportja – írja az MTA közleményében.

Hasonló munka már létezett korábban is, ez a mostani eredmény azonban valóban új mérföldkő a mesterséges sejtek készítésében. Egyetlen mondatban összefoglalva: szintetikus eredetűre cserélték le a kólibaktérium (Escherichia coli) DNS-ét, és közben megváltoztatták a genetikai kódolási rendszerét. Ez azért áttörés, mert a technológia alkalmazható lesz más, tervezett sejtek készítésére is, új újfajta fehérjék előállítására is.

A munkához az MTA SZBK Biokémiai Intézetének Genommérnöki Csoportjában készített MDS42 nevű baktériumát használták.

A név egy genetikailag erősen egyszerűsített kólibaktériumra utal (Multiple Deletion Strain, 42 kiejtett genomszakasszal). Többéves munkával, melybe – elsősorban bioinformatikai segítséggel – egy amerikai kutatócsoport is bekapcsolódott, precízen kiszedték a baktérium genomjából a fölöslegesnek, illetve a kutatási-ipari felhasználás szempontjából károsnak ítélt géneket. Azt gondolták, hogy a fölösleg eltávolításával hatékonyabb és genetikailag stabilabb lesz a baktérium – ebből csak a stabilitás igazolódott. Azt is vizsgálták, meddig lehet elmenni genetikai egyszerűsítésben anélkül, hogy komolyabban sérülnének a baktérium képességei.

A szintetikus verzióhoz a kutatók azért választották a magyarok által létrehozott MDS42 kólibaktériumot, mert egyrészt 4,6 millió nukleotid helyett kevesebb mint 4 milliót kellett így összeszerkeszteni, másrészt hiányzott már belőle sok, a felhasználás szempontjából igazoltan felesleges vagy káros szakasz (pl. a mutációkat, genetikai instabilitást okozó ugráló gének).

Legóztak a DNS-sel

Már ismert módszereket fűztek egybe ahhoz, hogy a tervezett kódolási módosításokat beépítve lemásolják a kólibaktérium teljes DNS-ét (genomját). A folyamat a DNS nukleotid-sorrendjének (többek között ezek építik fel a DNS-molekulát) megtervezésével, majd kis darabokban történő kémiai szintézisével indul. Ezeket a kisebb szakaszokat nagyobbakká (100 ezer nukleotidnyi genomszakaszokká) fűzik össze, ehhez a laboratóriumban jól kezelhető élesztőt is igénybe veszik mint köztes gazdát. A nagy genomszakaszokat azután sorban a kólisejtbe juttatják, lecserélve az eredeti, természetes szakaszokat. A végeredmény egy olyan baktérium, amelynek teljes DNS-molekulája szintetikus – mesterséges – eredetű. Az új DNS pedig az eredeti információ mellett új, beletervezett, akár globális érvényű módosításokat is hordozhat. Az itt alkalmazott folyamat mintaként szolgálhat másféle sejtek teljes genomjának nagyszabású átalakításához is. Ráadásul a lépések egy része automatizálható, megkönnyítve a jövőbeni hasonló munkákat.

Hasonló munkára egyébként már volt példa, Craig Venter csapata évtizedes erőfeszítéssel készített olyan Mycoplasma baktériumot, amelyet szintetikus eredetű DNS működtetett. A Mycoplasma egyszerűsége miatt alkalmas volt a technológia demonstrálására, gyakorlati haszna azonban nincs. A mostani munka újabb dimenziót nyitott: egyrészt jóval nagyobb DNS-molekulát tudtak összeállítani, másrészt egy igen hasznos, a kutatásban és az iparban széleskörűen használt baktériumot vettek alapul.

Új fehérjék jöhetnek

A létrehozott, Syn61 nevű kólibaktérium nem csak lemásolása az alapul vett baktériumtörzsnek. A genetikai kódrendszert megváltoztatták, egyszerűsítettek rajta. A természetes, univerzális genetikai kód redundáns, a 64-féle kódvariáns 20-féle aminosavat kódol, azaz egy-egy aminosavra többféle kódolás is vonatkozhat. Itt a szerin aminosavat kódoló hatféle kodon közül kettőt kihagytak, illetve másik, szinonim kodonnal helyettesítettek. Így felszabadult két kodon, pontosabban három, mivel az eredeti, háromféle stopkodonból az egyiket szintén mellőzték. Így lett a 64 elemű genetikai kódból 61 elemű, innen a Syn61 név.

Mire jók a felszabaduló kodonok? Némi egyéb manipulációval (pl. megfelelő aminoacil-tRNS-szintetáz alkalmazásával) elérhető, hogy a megüresedett funkciójú kodonokat nem természetes aminosavak kódolására használják. A fehérjerepertoár így bővíthető, soha nem látott, a szokásos aminosavakon túli építőelemeket is tartalmazó fehérjéket lehet könnyen élő sejtben előállítani. Ilyesmit eddig utólagos kémiai módosítással vagy csak részleges eredményt hozó genetikai manipulációkkal tudtak elérni. És miért jó a fehérjerepertoár bővítése? Ennek számtalan alkalmazása lehet az új gyógyszer-hatóanyagok előállításától a mosóporenzimek javításáig.

Gyakran felmerül az aggály, mi lesz, ha a mesterségesen megalkotott baktérium elszabadul, a gondosan kialakított genetikai tervrajz elfajul, esetleg – például vírusok közvetítésével – idegen, veszélyes gének kerülnek bele. Az új kutatás ebben is áttörés: a megváltoztatott genetikai kódrendszer tűzfalat képez a mesterséges és a természetes rendszerek között. Ha információt cserélnek, az a partnerben nem fog működni, hiszen az másként olvassa ki a genetikai utasításokat.

 

"A legbutább emberek, akiket ismerek, azok, akik mindent tudnak."