Minden élet,
minden valaha élt élőlény
DNS-ben tárolt információk alapján jött létre.
Mit jelent ez?
Ahogy az angol nyelv
szavakba rendezhető betűkből áll,
lehetővé téve, hogy önökhöz beszéljek,
a DNS genetikai betűkből áll, melyek génekké összekapcsolódva
lehetővé teszik a sejteknek fehérjék előállítását,
összetett felépítésű aminosavláncok létrehozását
a sejt feladatainak elvégzésére,
történeteik elbeszélésére.
Az angol ábécé 26, a genetikai ábécé 4 betűből áll.
Nagyon híresek, talán hallottak róluk.
G, C, A és T elnevezéssel utalnak rájuk.
Figyelemre méltó, hogy az élet sokfélesége
négy genetikai betűből ered.
Képzeljük el, mi lenne, ha az angol ábécé négy betűből állna!
Milyen történeteket tudnánk elmesélni?
Mi lenne, ha a genetikai ábécének lenne több betűje?
Tudna-e az élet különböző történeteket mesélni,
talán még érdekesebbeket is?
1999-ben a kaliforniai La Jolla-beli Scripps Kutatóintézetben lévő laborom
e kérdésen kezdett dolgozni azért, hogy olyan élő szervezeteket hozzon létre,
melyeknél a DNS hat genetikai betűből áll,
a négy természetes betű mellé két ember alkotta betűt téve.
Egy ilyen organizmus lenne
az első, valaha is létrehozott, alapvetően módosított életforma.
Félszintetikus életforma lenne,
és több információt tárolna, mint amit az élet korábban valaha.
Új fehérjéket hozhatna létre,
amelyek több aminosavból tevődnének össze,
mint az a húsz, amelyből általában felépülnek.
Mi mindenről mesélhetne ez az élet?
A szintetikus kémia és a molekuláris biológia erejével,
valamint csaknem húszévnyi munkával
hatbetűs DNS-sel rendelkező baktériumot hoztunk létre.
Elmondom, hogyan csináltuk.
Biztos emlékeznek a középiskolai biológiából,
hogy a négy természetes betű két alappárba rendeződik:
G a C-vel, A a T-vel.
Azért, hogy új betűket alkossunk,
több száz új jelöltet szintetizáltunk,
megvizsgálva párba állási képességeiket.
Majd mintegy 15 év munka után
találtunk két igazán összeillőt,
kémcsőben legalábbis.
Bonyolult nevük van,
de hívjuk őket csak X-nek és Y-nak!
Következő feladatunk X és Y sejtbe juttatása volt,
és végül találtunk egy fehérjét, ami hasonlót művel az algában,
és ez működött a baktériumunkban is.
Utolsó feladatunk annak kimutatása volt, hogy ha biztosítjuk X-et és Y-t,
akkor a sejtek tudnak növekedni, osztódni, és megtartják DNS-ükben X-et és Y-t.
Minden, amit addig tettünk, tovább tartott, mint ahogy reméltem.
Én igazán türelmetlen ember vagyok,
de ez a legfontosabb lépés gyorsabban ment, mint reméltem,
gyakorlatilag azonnal.
2014 egyik hétvégéjén
egy mesterképzős hallgató a laboromban hat betűs DNS-ű baktériumot hozott létre.
Hadd mutassam meg őket:
Ez egy kép róluk.
Ezek az első félszintetikus szervezetek.
Baktériumok hatbetűs DNS-sel, remek, ugye?
Talán akadnak önök közt, akik azt kérdezik: de miért?
Beszélek egy kicsit a motivációinkról,
az elméletiről és a gyakorlatiról is.
Elméletben azóta gondolkodunk azon, mi is az élet,
mi a különbség élő és élettelen között,
mióta csak gondolkozunk.
Sokan tökéletesként értelmezték az életet,
a Teremtő létének bizonyítékát látva benne.
Az élőlények azért mások, mert egy Isten életet lehelt beléjük.
Mások tudományosabb magyarázatot kerestek,
de az az igazság,
hogy még ők is különlegesnek tekintik az élet molekuláit.
Hiszen az evolúció évmilliárdokig tökéletesítette őket, nem igaz?
Akárhogy is nézzük, elég valószínűtlennek tűnik,
hogy vegyészek jönnek, új részeket alkotnak,
melyek az élet természetes molekuláin belül és mellettük működnek,
anélkül, hogy igazán el ne rontanának mindent.
De vajon mennyire vagyunk tökéletesek és fejlettek?
Mennyire különlegesek az élet molekulái?
E kérdéseket még feltenni is lehetetlen volt,
mert az életet semmi máshoz sem hasonlíthattuk.
Most először sugallja azt a munkánk,
hogy az élet molekulái talán mégsem olyan különlegesek.
Talán az általunk ismert élet mégsem az egyetlen lehetséges út,
nem az egyetlen megoldás vagyunk, esetleg nem is a legjobb megoldás,
csak egy megoldás.
Ezek a gondolatok az élet alapvető kérdéseit feszegetik,
de talán kissé elvontnak tűnnek.
Mi a helyzet a gyakorlati motivációkkal?
Meg akartuk tudni, miféle történeteket beszélhetne el az élet
egy bővített szókinccsel.
Ne feledjük, e történetek a sejt által épített fehérjéket
és azok működését jelentik!
Miféle és milyen képességű új fehérjéket
készíthet és talán használhat félszintetikus szervezetünk?
Nos, van pár elképzelésünk.
Először is rá kell vennünk a sejteket, hogy fehérjéket gyártsanak számunkra.
A fehérjéket manapság
egyre szélesebb körben alkalmazzák különféle területeken:
katonákat a sebesülésektől védő anyagoktól
veszélyes összetevőket felderítő készülékekig,
de, legalábbis nekem
legizgalmasabb a fehérjegyógyszerek alkalmazása.
Bár viszonylag új találmány,
de már forradalmasította a gyógyítást.
Az inzulin például egy fehérje.
Valószínűleg hallottak róla, gyógyszerként gyártják,
és teljesen megváltoztatta a cukorbetegség kezelését.
Csak az a gond, hogy a fehérjéket nehéz előállítani:
gyakorlatilag csak úgy oldható meg, ha sejtekben fejlesztjük ki.
Persze, természetes sejtekkel
csak természetes aminosavak állíthatók elő.
Így e fehérjék tulajdonságait
és alkalmazási területeit
behatárolják az őket felépítő
aminosavak jellemzői.
Itt a húsz normál aminosav,
mely fehérjét alkot,
és gondolom, látják, alig különböznek egymástól.
Működésük is alig különbözik.
Nem tesznek lehetővé sok különböző funkciót.
Hasonlítsák össze e szintetikus gyógyszermolekulákkal.
Sokkal egyszerűbbek a fehérjéknél,
de rendszerint jóval nagyobb számú és változatosabb dologból épülnek fel.
Ne törődjenek a molekuláris részletekkel,
de gondolom, látják, mennyire különbözők!
Ezektől az eltérésektől lesznek kiváló gyógyszerek
különböző betegségek kezelésére.
Igazán izgalmas azon tűnődni, miféle új fehérjegyógyszereket fejleszthetnénk,
ha még eltérőbb építőelemekből gyárthatnánk fehérjéket.
Rá tudjuk-e venni félszintetikus szervezetünket,
hogy különböző új aminosavakat tartalmazó fehérjéket állítson elő?
Talán olyanokat, amelyek a fehérjének
néhány kívánatos tulajdonságot vagy funkciót nyújtanak?
Sok fehérje például instabil,
amikor emberbe oltják.
Gyorsan leépül vagy felszívódik,
ezért nem alkalmas gyógyszernek.
Mi lenne, ha új aminosavakkal építhetnénk fehérjéket,
olyan dolgokat kapcsolnánk hozzájuk,
amelyek megvédik őket környezetüktől,
a lebomlástól és a felszívódástól,
és így alkalmasak lennének gyógyszernek?
Építhetnénk fehérjékhez kapcsolódó kis ujjacskákat,
amelyek más molekulákba kapaszkodnak?
Sok kis molekula elbukott a gyógyszerfejlesztés során,
mert nem volt elég egyedi ahhoz, hogy célba jusson
az emberi test bonyolult környezetében.
Foghatnánk ezeket a molekulákat, és új aminosavak részeivé tehetnénk őket,
hogy amikor azok fehérjévé állnak össze,
a fehérje elvigye őket a céljukhoz?
Megalapítottam a Synthorx nevű biotechnológiai céget.
A cég neve az angol "szintetikus szervezetből" alkotott mozaikszó
egy x-szel a végén, mert ez a szokás a biotechnológiával foglalkozó cégeknél.
(Nevetés)
A Synthorx szorosan együttműködik a laborommal.
Olyan fehérje érdekli őket, ami felismer egy bizonyos érzékelő idegvégződést
az emberi sejtek felszínén.
Sajnos felismer egy másikat is
ugyanazon sejtek felszínén,
és ezért mérgező.
Építhetünk-e olyan fehérjefajtát,
ahol az utóbbi, rossz idegvégződéshez kapcsolódó rész le van árnyékolva
valamivel, ami olyan, mint egy nagy esernyő,
azért, hogy a fehérje csak az első receptorral lépjen kapcsolatba?
Ez nagyon nehéz vagy lehetetlen volna
normál aminosavakkal,
de megoldható olyanokkal, melyeket külön e célra terveztek.
Félszintetikus sejtjeinket kis gyárakká téve
jobb fehérjegyógyszereket állíthatnánk elő.
Ez nem az egyetlen lehetséges, igazán érdekes alkalmazás,
mert ha emlékeznek, a fehérjék biztosítják a sejtek működését.
Ezért ha vannak új funkciókkal rendelkező fehérjéket előállító sejtjeink,
rávehetnénk-e őket olyan tevékenységekre, melyeket a természetes sejtek nem tudnak?
Például fejleszthetnénk félszintetikus szervezeteket,
amelyek emberbe oltva megkeresik a rákos sejteket,
és csak akkor választják ki az őket megölő mérgező fehérjét, miután rájuk találtak?
Létrehozhatnánk olyan baktériumot, amely különféle olajokat fogyaszt,
netán feltakarít egy olajszennyezést?
Ez csak pár történet azok közül, melyekkel csak akkor találkozunk majd,
ha az élet kibővített szókincsével képes lesz elmesélni.
Nagyszerűen hangzik, ugye?
Félszintetikus szervezeteket oltani emberekbe,
több millió liter baktériumot önteni az óceánba
vagy a kedvenc tengerpartunkra?
Várjunk csak, ez elég ijesztően hangzik!
Ez a kép igazán ijesztő!
De van egy megoldás:
Félszintetikus szervezeteinknek X és Y tartalmú
prekurzor vegyületeket kell fogyasztaniuk a túléléshez.
Az X és Y különbözik mindentől, ami a természetben létezik.
Nincs a sejtekben, és előállítani sem képesek.
Amikor előkészítjük őket,
laboratóriumi ellenőrzött környezetben tenyésztjük ki őket,
akkor mesterséges táplálékot kapnak.
Aztán egy emberbe vagy a tengerpartra juttatjuk őket,
ahol nem jutnak többé hozzá különleges eledelükhöz.
Egy kicsit még nőhetnek, kicsit még élhetnek,
talán épp eleget ahhoz, hogy ellássák feladatukat,
de aztán kifogynak az élelemből.
Éhezni kezdenek.
Éhen halnak, eltűnnek.
Nemcsak rávehetjük az életet új történetek elbeszélésére,
azt is megmondhatjuk neki, hol és mikor beszélje el történeteit.
Az előadás kezdetén elmondtam, hogy 2014-ben jelentettük be:
félszintetikus szervezeteket alkottunk, amelyek több információt tárolnak,
X-et és Y-t a DNS-ükben.
De mindegyik előbb említett motivációhoz
X-et és Y-t használó sejtek szükségesek a fehérje előállításához,
ezért ezen kezdtünk el dolgozni.
Pár éven belül kimutattuk, hogy a sejtek foghatják az X-es és Y-os DNS-t,
és bemásolhatják az RNS-be, ami a DNS működő másolata.
Tavaly év vége felé kimutattuk,
hogy ezután X és Y felhasználásával fehérjéket tudnak előállítani.
Itt vannak, ők a bemutató sztárjai:
az első teljesen működő félszintetikus szervezetek.
(Taps)
Ezek a sejtek zöldek, mert egy zölden foszforeszkáló fehérjét állítanak elő.
Ez igen híres fehérje, medúzából származik,
sok kutató dolgozik vele természetes formájában,
mert könnyű követni, mit csinálnak vele.
De e fehérjék mindegyikében van egy új aminosav,
melyből a természetes élet nem tud fehérjét előállítani.
Minden valaha is létezett sejt
négybetűs genetikai ábécé felhasználásával építette fel
minden egyes fehérjéjét.
Ezek a sejtek hatbetűs ábécé alkalmazásával élnek, növekednek
és állítanak elő fehérjét.
Ez új életforma.
Félszintetikus életforma.
Mi várható a jövőben?
Laboratóriumom már dolgozik más sejtek genetikai ábécéjének bővítésén,
beleértve az emberi sejtekét is.
és készülünk rá, hogy fejlettebb szervezetekkel is dolgozzunk.
Gondoljunk félszintetikus férgekre!
Végezetül a legfontosabb,
amit mondani szeretnék önöknek:
a félszintetikus élet már itt van!
Köszönöm.
(Taps)
Chris Anderson: Floyd, ez rendkívül figyelemre méltó.
Azt szeretném kérdezni,
hogy a munkádból következően
megváltozhat gondolkodásunk az élet lehetőségeiről
a világűrben, máshol?
Úgy tűnik, sok életforma vagy sok feltételezésünk arra épül,
hogy az életnek DNS-alapúnak kell lennie,
de az önreprodukáló molekulák lehetséges területe
sokkal nagyobb-e a DNS-nél, még ha csak hatbetűs is az a DNS?
Floyd Romesberg: Igen, azt gondolom, ez igaz,
és azt hiszem, amint a munkánk megmutatta,
ahogy már említettem, mindig volt ez az elfogultság,
hogy tökéletesek vagyunk,
Isten teremtett bennünket a legjobbnak,
az evolúció tökéletesített minket így.
A természetes molekulákkal együttműködő molekulákat hoztunk létre,
ez azt hiszem, azt sugallja, hogy bármely molekula,
amely engedelmeskedik a kémia és a fizika alaptörvényeinek,
és tökéletesíthető,
megtehet olyan dolgokat, amelyeket az élet természetes molekulái.
Nincs ebben semmi varázslatos.
Azt hiszem, ez azt sugallja,
hogy az élet sokféleképp kifejlődhet,
akár a miénkhez hasonló, csak más típusú DNS-ekkel,
vagy teljesen DNS nélkül.
CA: Szerinted milyen nagy lehet ez a terület?
Tudjuk-e egyáltalán?
A legtöbb élőlény DNS molekulákra fog épülni,
vagy valami egész másra, ami mégis újra is tudja teremteni magát,
akár élő szervezeteket létrehozva?
FR: Személyes véleményem, hogy ha új életet találnánk,
talán észre sem vennénk.
CA: Tehát az a megszállottságunk, mellyel lakható bolygókat keresünk,
a tökéletes helyet, ahol víz van meg egyebek,
feltehetőleg igen szűk látókörű elgondolás.
FR: Ha olyan valakit akarunk találni, akivel beszélni is tudunk, talán nem,
de ha bármilyen életforma megfelel,
akkor igen, azt hiszem, rossz helyen keressük az életet.
Köszönjük ezt a döbbenetes előadást. Nagyon köszönjük, Floyd!
(Taps)