Syntetiskt liv söker arbete

I 15 maj 2014, upplagan av tidskriften Natur , publicerade Floyd Romesbergs kemilabb vid San Diegos Scripps Research Institute en artikel med titeln A Semi-Synthetic Organism with an Expanded Genetic Alphabet. Romesberg och hans kollegor hade skapat en bakterie som innehåller kemiska byggstenar som, så vitt någon vet, aldrig har varit en del av någon jordisk livsform.

Det hade tidigare gjorts anspråk på att skapa liv. Genompionjären Craig Venter ledde ett team som tillverkade ett genom för en bakterie som orsakar lunginflammation hos kor, men deras ansträngningar använde å andra sidan de välbekanta kemiska baserna av DNA, kända med bokstäverna A, G, C och T. Romesbergs grupp. hand, lade till ytterligare två bokstäver, kallade X och Y. När bakterierna framgångsrikt replikerade X och Y i efterföljande generationer, kunde Romesbergs labb göra anspråk på att ha gjort den första levande varelsen med en utökad genetisk kod.

Folk frågade vad den stora affären är, och jag sa: 'Tänk dig att du hade ett språk med bara fyra bokstäver,' säger Romesberg. 'Det skulle vara klumpigt och skulle verkligen begränsa de typer av historier du kan berätta. Så tänk dig två bokstäver till. Nu kan du skriva fler intressanta berättelser.'

Nya droger är den mest uppenbara historien som kan berättas med tekniken. Ett startup-företag som heter Synthorx , skapad av Romesberg och riskfonden Avalon Ventures, säger att de har utnyttjat E. coli-bakterier som innehåller X och Y för att hjälpa till att tillverka ett protein, ett steg som företagets VD och koncernchef Court Turner beskriver som vår baby enhörning. Företaget identifierade inte proteinet, förutom att säga att det är väl studerat och att de hade lagt till en ny funktion till det, ett sätt för ett annat läkemedel att fästa till proteinet på en specifik plats.

Tekniken kan också bana väg för nya biotekniska läkemedel. Nästan alla sådana läkemedel, proteiner som insulin eller blodcellsförstärkaren erytropoietin, tillverkas inuti en bakterie eller annan cell. Men syntetiskt DNA kan avsevärt utöka vilka droger som är möjliga. Det beror på att en normal cell bygger proteiner från bara 20 aminosyror och binder ihop dem till långa kedjor. Exakt vilken aminosyra som tillsätts härnäst specificeras av DNA-sekvenser med tre bokstäver, så kallade kodoner.

Även om matematiken blir komplicerad, med tillägget av de nya baserna X (kemiskt namn d5SICS) och Y (kemiskt namn dNaM), tredubblade Romesberg antalet möjliga kodon och teoretiskt ökade antalet olika aminosyror som en cell kunde till 172. bygga ett protein från (se denna förklarande grafik ).

Synthorx-forskare arbetar på ett system för att producera proteiner med hjälp av delvis syntetiskt DNA.

Det är viktigt eftersom forskare har uppfunnit tusentals konstgjorda aminosyror. Det har helt enkelt inte varit särskilt lätt att göra proteiner av dem. Till skillnad från konventionella droger, där kemister utövar utsökt kontroll över varje atoms position, behöver de med proteiner fortfarande en levande sak för att göra sin tillverkning åt dem. När du kommer till hela proteiner tappar kemister verkligen förmågan. Proteinmolekyler är för komplexa, för stora, säger Peter Schultz, en Scripps-biolog. (Romesberg utbildade sig i Schultz labb.)

Så småningom kan det finnas bakterier som producerar helt nya proteiner. För att göra en miljardaffär, ja, vi behöver ett protein, säger Romesberg. Hemkörningen är förmågan att producera terapeutiska proteiner med onaturliga aminosyror i dem.

Synthorx prestation faller lite mindre än det. Det gjorde sitt första protein genom att bryta upp sin E. coli och använda deras onaturliga gener för att göra en ny proteinmolekyl i en reaktion i ett provrör. Turner tror att systemet kan vara av intresse för läkemedelsföretag som kan använda det för att generera idéer till nya läkemedel. Man skulle kunna göra en miljon proteiner med onaturliga aminosyror, säger han.

Syntetiska organismer kan leda till andra typer av produkter, inklusive nya vacciner. Det kan till exempel vara möjligt att göra en tuberkulosbakterie med onaturligt DNA i sig. Det skulle vara en riktig, levande grodd. Men utan något råmaterial för att kopiera dess gener (det vill säga ingen extern källa till kemikalierna X och Y) skulle du kunna ge det till en person utan att oroa dig för att det skulle göra dem sjuka. Om det var tuberkulos, men också benignt, skulle det vara det perfekta vaccinet, säger Schultz.

Court Turner, till vänster, VD för Synthorx, tittar på resultaten av ett syntetiskt biologiskt experiment.

Syntetiska livsformer har implikationer långt utöver nya produkter. Romesberg och Schultz är en del av en kader av forskare som har ställt den grundläggande frågan om livet kunde ha utvecklats på andra sätt än det vi är bekanta med. Kommer livet på Mars att ha en femte och sjätte bas? Steven Benner, en syntetisk biolog och en grundare av Foundation for Applied Molecular Evolution i Gainesville, Florida, frågar. Benner, som arbetar med NASA och försöker hitta liv på andra planeter, föreslår att syntetisk biologi också kan förbättra förmågan att upptäcka nya jordiska livsformer. Kanske finns de på jorden, men vi vet bara inte vad vi ska leta efter, säger han. Det tvingar dig att ställa oskrivna frågor för att utmana dina grundläggande kärnhypoteser.

Synthorx är inte den enda startup som vill utöka livskoden av kommersiella skäl. Ambrx, ett annat San Diego-företag , använder onaturliga aminosyror i samarbete med stora läkemedelsföretag som Eli Lilly och Merck. Och i januari förra året höll vetenskapsmannen George Church från Harvard University och hans tidigare student, Farren Isaacs, från Yale, en presskonferens för att tillkännage ett eget genombrott. Isaacs och Church beskrev hur de i separata experiment skapade vad de kallade en genomiskt omordnad organism, eller GRO. De hade inte ändrat DNA-bokstäverna, men de hade kapat några kodoner för att få dem att använda konstgjorda aminosyror.

Church och Isaacs meddelade nyligen att de hade bildat ett Boston-baserat företag, enEvolv , att tillhandahålla sådana GRO:s för användning av industrin för att till exempel städa upp oljeutsläpp eller till och med göra ost. Under en telefonkonferens i januari med reportrar förklarade kyrkan att vi siktar på att modifiera växt- och djurceller, och kanske växter och djur.

En potentiell invändning mot tekniken är redan uppenbar: ingen vet riktigt vad dessa nya livsformer skulle göra om de släpptes ut i naturen. Romesbergs E. coli är beroende av en extern källa till X och Y för att överleva. Church hävdar också att hans GROs är säkra eftersom de är beroende av onaturliga aminosyror som bara tillhandahålls i labbet. Håll tillbaka dessa och bakterierna dör.

Den här sortens dödningsbrytare är tänkt att lugna alla som undrar vad som händer om bakterierna flyr. Men det är inte idiotsäkert. Både Romesberg och Church rapporterade att en liten bråkdel av bakterierna lyckades släppa de genetiska handbojorna via mutation. Det betyder att om de släpptes utanför labbet, kan en konstgjord organism på något sätt fånga upp en ersättningskemikalie från miljön för att ersätta den kritiska som matas till den i labbet. Eller så kan den byta gener med andra organismer som den stöter på utanför en labbskål. En sådan händelse kan tillåta modifierade bakterier att leva och föröka sig.

Schultz tror att det kommer att finnas medicinsk användning av syntetiska organismer långt innan de släpps ut i miljön för att äta olja eller göra ost. Och när syntetisk biologi leder till ett nytt läkemedel eller vaccin, tror han, kommer vi att vänja oss vid tanken på att uppfinna livet för vårt eget bästa. Man måste välja de mest kortsiktiga tillämpningarna av denna teknik för att visa vad [den] verkligen kan göra för mänsklighetens bästa, säger Schultz. Jag tror att medicin är ett område med ganska uppenbara tillämpningar.

Denna ursprungliga version av denna artikel sa felaktigt att tuberkulos orsakas av ett virus. Det orsakas av en bakterie.

Dölj