Zeszłotygodniowy post w DNA Science wywołał wrzawę, ponieważ zasugerowałem, że niektórzy ludzie mogą myśleć, że życie zaczyna się w okresie innym niż poczęcie. W tym tygodniu post kontynuuje ten temat o tym, jak pewien badacz stworzył życie. Ale nie byle jaki badacz – J. Craig Venter, obecnie szef Synthetic Genomics Inc (SGI).
Wspaniała lektura
Zazwyczaj nie czytam książek o DNA, ponieważ piszę książki o DNA. Ale kiedy zaoferowano mi egzemplarz nowej książki dr Ventera, Life at the Speed of Light (Viking; publikacja 17 października), nie mogłem się oprzeć. Nie jest to tylko kolejna opowieść o sekwencjonowaniu genomu, najnowsza praca dr Ventera zajmuje się biologią syntetyczną – chemicznym tworzeniem prostego genomu, a następnie przenoszeniem go do komórki pozbawionej własnego genomu. Tworzenie życia, plus pobieranie próbek z różnych środowisk i tropienie genomów – metagenomika – są tym, czym zajmuje się od czasów projektu ludzkiego genomu.
Przeleciałem przez książkę, wracając do szkoły średniej z każdą historyczną anegdotą lub zrelacjonowanym eksperymentem, który zbudował zdolność do odtworzenia genetycznej siedziby żywej komórki. Podekscytowanie Ventera jest namacalne, choć trochę przypomina kapitana Kirka: „Byliśmy teraz gotowi, by spróbować pójść tam, gdzie nikt wcześniej nie poszedł, stworzyć cały bakteryjny syntetyczny genom i spróbować wyprodukować pierwszą syntetyczną komórkę.”
Maleńki genom Mycoplasma genitalium, najmniejszy z żyjących na wolności organizmów, liczący zaledwie 582 970 zasad, zainspirował pierwszy syntetyczny genom. Historia stworzenia pierwszej komórki napędzanej syntetycznym genomem nie jest gee-whiz, aren’t-we-brilliant narrative, ponieważ Venter przeplata ślepe uliczki i porażki z ciężko zdobytymi sukcesami.
Przypadek w punkcie: używając Deinococcus radiodurans jako modelu do zszywania genomu, ponieważ ta bakteria robi właśnie to po promieniowaniu strzępi swój genom na strzępy. Używa ona doskonałego systemu naprawczego i wygodnie posiada dodatkowe kopie swojego genomu. Na szczęście Venter i jego zespół z Instytutu Badań Genomicznych (TIGR) zsekwencjonowali genom tego organizmu w 1999 r. „Genialnie!” – pomyślałem. pomyślałem. Ale potem Venter napisał: „Po ogromnym wysiłku musieliśmy się poddać. Znaleźliśmy się w ślepym zaułku i potrzebowaliśmy nowej strategii”. Zespół ostatecznie zaprzągł drożdże Saccharomyces cerevisiae do testowania syntetycznego genomu.
Najpierw powstał syntetyczny chromosom, nazwany Mycoplasma genitalium JCVI-1.0. W końcowych eksperymentach wysłano syntetyczny genom do różnych Mycoplasma, zmieniając jeden gatunek w drugi. Na samym końcu wystąpił kolejny błąd: jednobazowa delecja, która wyłączyła trzybazową ramkę odczytu, tworząc bełkotliwe genomy. Ale poprawienie tego błędu zadziałało. Naukowcy nawet wyszyli swoje imiona do odtworzonego genomu, używając leksykonu trójek DNA odpowiadających literom alfabetu, używanych jako „znaki wodne” do odróżnienia syntetycznego życia od starego rodzaju.
Ogłoszenie narodzin pierwszej komórki napędzanej syntetycznym genomem ukazało się w internetowym wydaniu Science z 20 maja 2010 roku: Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. Jej nazwa: Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0.
Pierwsza trzecia część książki przedstawia odkrycia i wynalazki prowadzące do stworzenia syntetycznego życia, podczas gdy środkowa trzecia opisuje, czasami nieco zbyt szczegółowo dla przeciętnego czytelnika, samo stworzenie. Ostatnia trzecia część bada reakcje i reperkusje.
Venter z łatwością uznaje sceptyków – byłem wśród nich – którzy twierdzą, że tworzenie życia oznacza pozwolenie genomowi na stworzenie komórki wokół siebie, a nie przejęcie już istniejącej, jak krab pustelnik zajmujący miejsce w opuszczonej muszli. Ale nawet wypożyczenie komórki zamiast budowania własnej jest przerażające, ponieważ omija ograniczenia selekcji naturalnej. „Biologia syntetyczna uwalnia projektowanie życia z kajdan ewolucji” – pisze Venter. Język skłania się ku antropomorfizacji, co zwykle się zdarza, gdy próbuje się uchwycić cud ewolucji. Ale komórki nie „współpracowały”, by zbudować wielokomórkowe organizmy. Ewolucja to przypływ i odpływ ocalałych fenotypów w oparciu o presję selektywną, być może podrasowanych przez mutacje i zmienionych przez dryf genetyczny. It isn’t a willful striving.
Like good science, Life at the Speed of Light raises more questions than it answers. Czy wiemy wystarczająco dużo, by wykorzystać technologię syntetycznego życia do stworzenia komórek, które mogą ulepszyć świat? Czy pomysł jednego wynalazcy na ulepszenie może stać się bronią innego? Jakie są nieprzewidziane konsekwencje tworzenia kombinacji genów niespotykanych w naturze? Czy społeczność syntetycznego życia może sama siebie kontrolować, odpierając to, co mój szkolny mentor Thom Kaufman nazwał „trójgłowymi purpurowymi potworami” w 1978 roku, w czasie, gdy pionierzy technologii rekombinacji DNA ustanawiali procedury ograniczające, które obowiązują do dziś.
Venter porusza kwestię zagrożenia „podwójnym zastosowaniem”, ale skupia się bardziej na szczęśliwszych zastosowaniach: szczepionkach, które mogłyby zapobiec pandemii grypy, alternatywach dla antybiotyków i nowych źródłach energii z niezbadanych części planety, a być może i spoza niej. Jeśli ktokolwiek mógłby okiełznać marsjańskie źródło energii, to byłby to właśnie on.
Spotkanie z Craigiem Venterem
Miałem kilka interesujących spotkań z Dr. Venterem. Człowiek ten ma reputację Dartha Vadera w niektórych kręgach, ale moje przelotne kontakty z nim były całkiem pozytywne.
Wcześniej w mojej karierze, kiedy pisałem głównie dla The Scientist i Genetic Engineering News, CV był zawsze dostępny, aby zapewnić cytat, łatwy do osiągnięcia przez telefon w tych przedinternetowych i przedgenomowych dniach.
W 1999 roku przeprowadził ze mną wywiad, na krótki występ pisarski – chciał stworzyć atlas normalnych, niechorobotwórczych cech, tylko genom nie został jeszcze zsekwencjonowany. Spotykając go, idąc korytarzem w Celera Genomics, czułem się trochę jak Dorotka podchodząca do wielkiego i potężnego Czarnoksiężnika z Krainy Oz, ale on wcale taki nie był. W ciągu kilku minut kończyliśmy nawzajem swoje zdania.
Rok później, w połowie zimy 2000 roku, stanąłem przed nie lada wyzwaniem. Czwarte wydanie mojego podręcznika genetyki człowieka miało się ukazać w lipcu, po kwietniu nie mogłem już dokonywać żadnych poprawek, a wiedziałem, że dwa zespoły sekwencjonujące ludzki genom zbliżają się do mety. Kto będzie pierwszy? Kiedy? I co najważniejsze, czy byłoby to zrobione do jesieni, kiedy moja książka będzie w rękach studentów?
Ludzie rządowi nie odpowiedzieliby na moje telefony. CV wysłało maila, że nie może mi powiedzieć. Wiedziałem , że coś było w górze. Więc, będąc w trybie podręcznika, wysłałem mu pytanie testowe:
Jeśli miałbym napisać w książce o genetyce opublikowanej w lipcu 2000 roku, że ludzki genom został zsekwencjonowany, czy byłoby to (a) Prawdą czy (b) Fałszem. He answered.
Some years later, Dr. Venter gave the closing talk at the American Society of Human Genetics annual meeting. Nie było tam zbyt wielu uczestników. CV opisał swoje warianty ryzyka dla choroby Alzheimera i chorób sercowo-naczyniowych, a także ogłosił, że dowiedział się, iż ma niebieskie oczy, preferencję do wieczornych aktywności i poszukiwania nowości oraz skłonność do nadużywania substancji. „Mogę wypić dwie podwójne latte i popić je Red Bullem i nie będzie to miało na mnie wpływu” – dowiedział się również z sekwencji swojego genomu. Porównując swój genom do genomu odkrywcy DNA Jima Watsona, Venter zażartował: „Prawdopodobnie nie podejrzewałbyś tego na podstawie naszego wyglądu, ale obaj jesteśmy łysymi, białymi naukowcami.”
Przez to wszystko, przez sagę z wyrażonymi znacznikami sekwencji, od kiedy był w NIH, przez sekwencjonowanie ludzkiego genomu, to co mnie najbardziej ekscytowało w długiej karierze badawczej Craiga Ventera, to sekwencjonowanie genomu Mycoplasmy, organizmu tak okrojonego, że może ujawnić minimalny zestaw genów potrzebny do życia. W moim podręczniku zawsze pojawiała się ta myśl. A ponieważ Mycoplasma była tak mała, stanowiła cel, gdyby ktoś chciał spróbować stworzyć żywą komórkę. I to właśnie zrobił dr Venter i jego współpracownicy. I znowu, to przecięło moją karierę.
20 maja 2010 roku, uczestniczyłem w Sympozjum Prezydenckim na corocznym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Terapii Genowej i Komórkowej w Waszyngtonie. W sali wypełnionej 2000 genetyków, wielu płaczących, na scenę wszedł 9-letni chłopiec – Corey Haas, który zaczął widzieć dzięki terapii genowej. Jego historia jest tematem mojej książki The Forever Fix: Gene Therapy and the Boy Who Saved It (St. Martin’s Press, 2012).
Zastanawiałem się, dlaczego konferencja prasowa na temat terapii genowej była tak słabo uczęszczana i nie było żadnych oczywistych mediów na historycznej prezentacji. Ponieważ po drugiej stronie miasta Craig Venter ogłaszał, że stworzył życie, inspirując mój wpis na blogu Creating Life and Curing Blindness.
Moje najbardziej zaskakujące wspomnienie wykładu Ventera było na 4th International Meeting on Single Nucleotide Polymorphisms and Complex Genome Analysis, które odbyło się w Sztokholmie w dniach 10-15 października 2001 roku. Frekwencja spadła z powodu niedawnych ataków z 11 września. The Scientist wysłał mnie, jeszcze w czasach, kiedy wydawnictwa tak robiły. CV nie tylko się pojawił, ale zaszokował nieliczny tłum, gdy po półgodzinnym przemówieniu i przewidywaniu, że sekwencjonowanie ludzkiego genomu zajmie kiedyś dwie godziny, nagle zamilkł.
Craig Venter opuścił głowę na niewygodnie długi czas, gdy za nim migały zdjęcia Ground Zero. Powiedział, w końcu patrząc w górę, ale wciąż nie z powrotem na ekran, we łzach, „to są trudne slajdy dla mnie do oglądania, i powinny być dla ciebie, też. Byłem tam w zeszłym tygodniu. Technicy kryminalistyki poprosili Celerę o pomoc w sekwencjonowaniu, o wykorzystanie naszych metod o wysokiej wydajności, aby pomóc w identyfikacji szczątków dla rodzin. Zrobiłem więc te zdjęcia.” Kolejna długa cisza. „Nigdy, przenigdy nie sądziłem, że będziemy musieli zajmować się kryminalistyką DNA na tym poziomie i z tego powodu.”
Cieszę się, że dziś ma nowy powód – odkrywanie tego, co może zrobić życie.
.