Viime viikon DNA Science -kirjoitus aiheutti kohua, koska ehdotin, että jotkut ihmiset saattavat ajatella elämän alkavan muuna ajankohtana kuin hedelmöittymisenä. Tämän viikon postaus jatkaa tätä teemaa kertomalla, miten eräs tutkija loi elämän. Mutta ei mikä tahansa tutkija – J. Craig Venter, joka nykyään johtaa Synthetic Genomics Inc:tä (SGI).
Hyvää luettavaa
En yleensä lue kirjoja DNA:sta, koska kirjoitan kirjoja DNA:sta. Mutta kun minulle tarjottiin tohtori Venterin uutta kirjaa Life at the Speed of Light (Viking; ilmestyy 17. lokakuuta), en voinut vastustaa. Tohtori Venterin uusin teos ei ole pelkkä kertomus genomin sekvensoinnista, vaan se käsittelee synteettistä biologiaa – yksinkertaisen genomin luomista kemiallisesti ja sen siirtämistä vastaanottavaan soluun, jolla ei ole omaa genomia. Elämän luominen sekä näytteiden ottaminen erilaisista ympäristöistä ja genomien kalastelu – metagenomiikka – ovat sitä, mitä hän on tehnyt ihmisen genomiprojektin ajoista lähtien.
Lukaisin kirjan nopeasti läpi, ja vilkaisin takaisin Grad Schooliin jokaisen historiallisen anekdootin tai kerrotun kokeen kohdalla, joka johti kykyyn kerrata elävän solun geneettistä päämajaa. Venterin innostus on käsin kosketeltavaa, joskin hieman kapteeni Kirkiä muistuttavaa: ”Olimme nyt valmiita yrittämään sinne, minne kukaan ei ollut ennen mennyt, luomaan kokonaisen bakteerin synteettisen genomin ja yrittämään ensimmäisen synteettisen solun tuottamista.”
Mycoplasma genitaliumin, vapaana elävän organismin pienimmän eliön pienimmän, vain 582 970 emäksen genomi inspiroi ensimmäistä synteettistä genomia. Tarina ensimmäisen synteettiseen genomiin perustuvan solun luomisesta ei ole mikään nerokas kertomus, koska Venter sekoittaa umpikujia ja epäonnistumisia vaikeasti saavutettuihin onnistumisiin.
Esimerkki: Deinococcus radioduransin käyttäminen mallina genomin ompelemisesta, sillä tämä bakteeri tekee juuri niin sen jälkeen, kun säteily on murskannut sen genomin palasiksi. Se käyttää loistavaa korjausjärjestelmää ja sillä on kätevästi ylimääräisiä kopioita genomistaan. Onneksi Venter ja hänen ryhmänsä TIGR:ssä (Institute for Genomic Research) olivat sekvensoineet organismin genomin vuonna 1999. ”Loistavaa!” Ajattelin. Mutta sitten Venter kirjoitti: ”Valtavien ponnistelujen jälkeen meidän oli pakko luovuttaa. Olimme ajautuneet umpikujaan ja tarvitsimme uuden strategian.” Ryhmä valjasti lopulta hiivan Saccharomyces cerevisiae testaamaan synteettistä genomia.
Ensin syntyi synteettinen kromosomi, joka sai nimekseen Mycoplasma genitalium JCVI-1.0. Viimeisissä kokeissa synteettinen genomi lähetettiin eri Mycoplasmoihin, jolloin yksi laji muuttui toiseksi. Aivan lähellä loppua tapahtui toinenkin häiriö: yhden emäksen poisto, joka sekoitti kolmen emäksen lukukehyksen, mikä aiheutti epäselviä genomeja. Mutta tämän virheen korjaaminen onnistui. Tutkijat jopa ompelivat nimensä uudelleen luotuun genomiin käyttämällä aakkosten kirjaimia vastaavien DNA-kolmosten sanastoa, jota käytetään ”vesileimana” synteettisen elämän erottamiseksi vanhasta.
Ensimmäisen synteettiseen genomiin perustuvan solun syntymäilmoitus julkaistiin 20. toukokuuta 2010 Science-lehden verkkolehdessä: Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. Sen nimi: Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0.
Kirjan ensimmäinen kolmannes kaappaa synteettisen elämän luomiseen johtaneet löydöt ja keksinnöt, kun taas keskimmäinen kolmannes kuvaa, joskus tavalliselle lukijalle hieman liian yksityiskohtaisesti, itse luomista. Viimeisessä kolmanneksessa tarkastellaan reaktioita ja seurauksia.
Venter tunnustaa helposti skeptikot – minä kuuluin heidän joukkoonsa – jotka väittävät, että elämän luominen tarkoittaa sitä, että genomin annetaan muovata solu ympärilleen, eikä ottaa olemassa olevaa solua haltuunsa kuin hylätyssä kuoressa asuva erakkorapu. Mutta jopa solun vuokraaminen sen sijaan, että rakentaisi oman solun, on pelottavaa, koska se ohittaa luonnonvalinnan rajoitukset. ”Synteettinen biologia vapauttaa elämän suunnittelun evoluution kahleista”, Venter kirjoittaa. Kieli kääntyy kohti antropomorfista, mikä on tapana tapahtua, kun yritetään vangita evoluution ihmeellisyys. Solut eivät kuitenkaan ”tehneet yhteistyötä” monisoluisten organismien rakentamiseksi. Evoluutio on eloonjääneiden fenotyyppien nousu- ja laskuvirta, joka perustuu valikoivaan paineeseen, jota mutaatio ehkä virittää ja geneettinen ajelehtiminen muuttaa. Se ei ole tahallista pyrkimystä.
Hyvän tieteen tavoin Life at the Speed of Light herättää enemmän kysymyksiä kuin antaa vastauksia. Tiedämmekö tarpeeksi, jotta voisimme synteettisen elämän teknologian avulla luoda soluja, jotka voivat parantaa maailmaa? Voisiko yhden keksijän ajatus parannuksesta muuttua toisen aseeksi? Mitä ennakoimattomia seurauksia voi olla, jos luodaan geeniyhdistelmiä, joita ei ole luonnossa nähty? Pystyykö synteettisen elämän yhteisö valvomaan itseään ja torjumaan sen, mitä graduni ohjaaja Thom Kaufman kutsui ”kolmipäisiksi purppurahirviöiksi” vuonna 1978, jolloin rekombinantti-DNA-teknologian pioneerit olivat luomassa nykyäänkin voimassa olevia eristysmenettelyjä.
Venter käsittelee ”kaksikäyttöisen käytön” uhkaa, mutta keskittyy enemmän iloisempiin sovelluksiin: rokotteisiin, jotka voisivat estää influenssapandemian leviämisen, antibioottien vaihtoehtoisiin lääkkeisiin ja uusiin energialähteisiin, jotka löytyvät planeettamme vielä tutkimattomista kolkista, ja kenties myös muualta. Jos joku voisi valjastaa Marsin energialähteen, se olisi hän.
Tapaaminen Craig Venterin kanssa
Minulla on ollut muutamia mielenkiintoisia kohtaamisia tohtori Venterin kanssa. Hänellä on joissakin piireissä Darth Vaderin kaltainen maine, mutta ohikiitävät kontaktini hänen kanssaan ovat olleet varsin myönteisiä.
Urani alkuvaiheessa, kun kirjoitin pääasiassa The Scientistiin ja Genetic Engineering Newsiin, CV oli aina saatavilla lainausta varten, ja hänet oli helppo tavoittaa puhelimitse noina internetiä ja genomia edeltävinä aikoina.
Vuonna 1999 hän haastatteli minua lyhyttä kirjoituskeikkaa varten – hän oli halunnut luoda atlaksen normaaleista, ei-sairaiden ominaisuuksista, mutta genomia ei ollut vielä sekvensoitu. Kun tapasin hänet kävellessäni Celera Genomicsin käytävällä, tunsin itseni hieman Dorothyksi, joka lähestyi suurta ja mahtavaa Ozin velhoa, mutta hän ei ollut lainkaan sellainen. Muutamassa minuutissa lopetimme toistemme lauseet.
Vuotta myöhemmin, talven 2000 puolivälissä, olin pulman edessä. Ihmisen genetiikan oppikirjani neljäs painos oli määrä julkaista heinäkuussa, en voinut enää tehdä muokkauksia huhtikuun jälkeen, ja tiesin, että kaksi ihmisen genomia sekvensoivaa ryhmää oli syöksymässä kohti maaliviivaa. Kumpi olisi ensimmäinen? Milloin? Ja mikä tärkeintä, valmistuisiko se syksyyn mennessä, jolloin kirjani olisi opiskelijoiden käsissä?
Hallituksen väki ei vastannut puheluihini. CV lähetti sähköpostia, että hän ei voinut kertoa minulle. Tiesin, että jotain oli tekeillä. Niinpä, koska olin oppikirjamoodissa, lähetin hänelle testikysymyksen:
Jos kirjoittaisin heinäkuussa 2000 julkaistavassa genetiikan kirjassa, että ihmisen genomi on sekvensoitu, olisiko se (a) totta vai (b) väärin. Hän vastasi.
Joitakin vuosia myöhemmin tohtori Venter piti päätöspuheenvuoron American Society of Human Geneticsin vuosikokouksessa. Paikalla ei ollut kovin montaa kuulijaa. CV kuvaili Alzheimerin taudin ja sydän- ja verisuonitautien riskivarianttejaan ja ilmoitti myös oppineensa, että hänellä on siniset silmät, mieltymys iltaharrastuksiin ja uutuuksien etsimiseen sekä taipumus päihteiden väärinkäyttöön. ”Voin juoda kaksi kaksinkertaista lattea ja huuhdella ne alas Red Bullilla, eikä se vaikuta minuun”, hän sai tietää myös genomisekvenssistään. Verratessaan perimäänsä DNA:n löytäjän Jim Watsonin perimään Venter vitsaili: ”Et varmaankaan epäilisi tätä ulkonäkömme perusteella, mutta olemme molemmat kaljuja, valkoisia tiedemiehiä.”
Kaiken tämän läpi, Expressed Sequence Tag -saagan siitä lähtien, kun hän oli NIH:ssä, aina ihmisen genomin sekvensointiin asti, se, mikä jännitti minua eniten Craig Venterin pitkällä tutkijanuralla, oli Mycoplasman genomin sekvensointi, organismin sekvensointi, joka oli niin pelkistetty, että se saattoi juuri ja juuri paljastaa minimaalisen, elämältä vaadittavan geenijoukon. Oppikirjani sisälsi aina tämän ajatuksen. Ja koska Mycoplasma oli niin pieni, se tarjosi tavoitteen, jos halutaan yrittää luoda elävä solu. Sitä tohtori Venter ja hänen monet kollegansa tekivätkin. Ja jälleen kerran se risteili urani kanssa.
Olin 20. toukokuuta 2010 osallistumassa American Society of Gene and Cell Therapy -yhdistyksen vuosikokouksen presidenttisymposiumiin Washington DC:ssä. Huoneessa, joka oli täynnä 2 000 geneetikkoa, joista monet itkivät, lavalle käveli 9-vuotias poika – Corey Haas oli tullut kykeneväksi näkemään geeniterapian ansiosta. Hänen tarinansa on aiheena kirjassani The Forever Fix: Gene Therapy and the Boy Who Saved It (St. Martin’s Press, 2012).
Olin ihmetellyt, miksi geeniterapian lehdistötilaisuuteen oli osallistunut niin vähän väkeä, eikä historiallisessa esityksessä ollut yhtään näkyvää mediaa. Koska kaupungin toisella puolella Craig Venter oli ilmoittamassa, että hän oli luonut elämän, mikä inspiroi blogikirjoitukseni Creating Life and Curing Blindness.
Yllättävin muistoni Venterin puheesta oli Tukholmassa 10.-15. lokakuuta 2001 pidetyssä 4th International Meeting on Single Nucleotide Polymorphisms and Complex Genome Analysis -tapahtumassa. Osallistujia oli vähän syyskuun 11. päivän iskujen vuoksi. The Scientist oli lähettänyt minut, silloin kun julkaisut vielä tekivät niin. CV ei vain saapunut paikalle, vaan järkytti harvalukuista yleisöä, kun hän puhuttuaan puoli tuntia ja ennustettuaan, että ihmisen genomin sekvensointi kestäisi jonain päivänä kaksi tuntia, hän yhtäkkiä hiljeni.
Craig Venter laski päänsä epämiellyttävän pitkäksi aikaa, kun kuvat Ground Zerosta vilkkuivat hänen takanaan. Hän sanoi katsoen vihdoin ylöspäin, mutta ei vieläkään takaisin ruudulle, kyynelehtien: ”Näitä dioja on vaikea katsoa minulle, ja niin pitäisi olla teillekin. Olin siellä viime viikolla. Rikostekniset viranomaiset pyysivät Celeraa auttamaan sekvensoinnissa, käyttämään korkean läpimenon menetelmiä, jotta voimme auttaa tunnistamaan jäännökset perheille. Niinpä otin nämä kuvat.” Taas pitkä hiljaisuus. ”En koskaan, ikinä uskonut, että joutuisimme tekemään DNA-teknistä tutkimusta tällä tasolla ja tästä syystä.”
Olen iloinen, että tänään hänellä on uusi syy – tutkia, mihin elämä pystyy.