My, kombinacje atomów

Prof. Piotr Stępień, genetyk: Życie komórki to dziesiątki tysięcy subtelnych reakcji, które zachodzą w jednym momencie. Osiągnięcie tego w laboratorium to karkołomne zadanie. Ale nie niemożliwe. Rozmawiała Monika Florek-Moskal
Komórki ze sztucznym DNA stworzone przez Craiga Ventera / fot. Craig Venter Institute / PAP /
Komórki ze sztucznym DNA stworzone przez Craiga Ventera / fot. Craig Venter Institute / PAP /

Monika Florek-Moskal: Niedawno amerykański biolog molekularny Craig Venter ogłosił, że stworzył sztuczne życie (zob. "TP" 23/2010) . Genetycy schłodzili medialny entuzjazm wyjaśniając, że nauka nie potrafi dziś stworzyć życia w laboratorium. Jednak osiągnięcie Ventera, czyli skonstruowanie w laboratorium syntetycznego, długiego łańcucha DNA, było niewątpliwie pokonaniem jednego z ważnych etapów?

Prof. Piotr Stępień: To trzeba Venterowi przyznać. Choć wciąż nie potrafimy do końca określić, czym jest życie, coraz bardziej je poznajemy i potrafimy coraz lepiej zmieniać żywe organizmy. W dawnych wiekach sądzono, że myszy biorą się z brudu lub z ziarna, muchy ze zgniłego mięsa, a żaby z mułu, była to tzw. teoria samorództwa. W XVII w. zaczęto prowadzić doświadczenia, które pokazywały, że samorództwo nie istnieje. Przełomowy eksperyment przeprowadził Francesco Redi: do dwóch garnków wrzucił po kawałku mięsa. Jeden zostawił odkryty, a drugi przykrył muślinem, by nie weszły do niego owady. Okazało się, że samorództwo nie istnieje. Przez jakiś czas odnoszono je jeszcze do wszechobecnych bakterii, ale i ten pogląd w końcu obalił Ludwik Pasteur. Długo uważano także, że istnieją dwie niezależne chemie: związków organicznych i nieorganicznych, takich jak sole metali czy woda.

Zatem stworzenie z nieożywionej materii związków chemicznych występujących w żywych organizmach wydawało się niemożliwe. Z tym przekonaniem skończył Fryderyk Wöhler ok. 1830 r. Ogrzewał on substancję nieorganiczną - cyjanian amonu - i otrzymał mocznik czyli substancję organiczną. To odkrycie wstrząsnęło światem. Pokazało, że życie jest po prostu bardzo skomplikowanym układem pierwiastków z tablicy Mendelejewa, kombinacją atomów.

Rozważając eksperyment Ventera, wracamy do tych samych pytań, które zadawaliśmy sobie w XIX wieku: czym jest życie i czy możemy je stworzyć w probówce? Na początku ewolucji życie powstało dzięki połączeniu określonych substancji w jedno. Dlatego rozumny człowiek - np. biolog molekularny - zaczyna myśleć o powtórzeniu tego procesu w probówce.

W jaki sposób?

O naprawdę syntetycznym życiu można by mówić, gdyby udało się wytworzyć żyjący układ czy komórkę z całkowicie odrębnych elementów, stworzyć z nich błony biologiczne i układy enzymatyczne, które ze sobą współdziałają. Na razie tego nie potrafimy. Venter zastąpił jedynie naturalny DNA w komórce - syntetycznym DNA. Synteza DNA nie jest najtrudniejszym elementem w tym procesie, choć jest oczywiście bardzo ważna. Już w latach 50. wykazano, że wszystkie cechy organizmu będą zależne od DNA.

Obecnie do dowolnego organizmu jesteśmy w stanie dostarczyć jeden lub kilka obcych genów tworząc tzw. organizmy transgeniczne. Na tym polega tzw. klonowanie genów. Nieco innym rodzajem eksperymentu jest klonowanie zwierząt - tutaj przenosimy całe jądro komórkowe, zawierające komplet ponad dwudziestu tysięcy genów: właśnie w taki sposób powstała owca Dolly.

Do czego takie sztuczne życie można by wykorzystywać? Venter mówi o programowaniu komórek, by robiły to, czego oczekujemy.

Nie widzę takich możliwości. Jest to wkroczenie w obszar science fiction. Jeśli chodzi o modyfikowanie bakterii do celów biotechnologicznych, to wcale nie musimy sięgać po skomplikowaną procedurę tworzenia "syntetycznych organizmów". Do komórki bakterii, która ma swój własny, znakomicie funkcjonujący komplet genów, możemy wprowadzić jeden, dwa czy nawet kilkadziesiąt genów. W ten sposób można programować bakterie, żeby robiły to, czego oczekujemy.

Nie widzę powodu, dla którego syntetyczną bakterię należałoby uważać za lepszą od półsyntetycznej, do której dodaliśmy tylko kilka genów. Od dłuższego czasu znamy bakterie, które potrafią przerabiać ropę naftową na biomasę i być może pomogą zwalczać wyciek, z jakim borykają się obecnie Stany Zjednoczone. Z równie dobrym skutkiem możemy modyfikować drożdże.

A w obszarze science fiction?

Możemy sobie wyobrażać, że będziemy mieć mikromaszynki, które będą naprawiały w naszym organizmie coś, co się zepsuło na poziomie molekularnym. Ale od tego jesteśmy bardzo daleko.

Czy leczenie za pomocą komórek macierzystych nie jest tego namiastką?

W pewnym sensie tak, podobnie jak badania nad wykorzystaniem nanonośników, czyli specyficznie działających cząsteczek, które mogłyby na przykład zwalczać nowotwory. Takie terapie czekają nas już w ciągu najbliższych 20 lat. Klonowanie genów przynosi nowe leki, nowe testy diagnostyczne. Z kolei z klonowania całych organizmów w przyszłości może skorzystać biologia. Być może dzięki temu uda się odnowić ginące gatunki roślin i zwierząt. Do tego jednak musimy stworzyć wyspecjalizowaną technologię, której obecnie nie posiadamy...

Czy człowiek kiedykolwiek stworzy życie w probówce?

Na razie do tego daleko, ale wierzę głęboko, że będzie to możliwe. Życie komórki to dziesiątki tysięcy subtelnych reakcji, które zachodzą w jednym momencie. Najważniejsza jest wzajemna komunikacja między białkami, ich wzajemna regulacja, plastyczność niesłychanie skomplikowanego układu złożonego z wielu tysięcy elementów. Osiągnięcie takiego celu w laboratorium to karkołomne zadanie, ale chyba możliwe do zrealizowania. Niewykluczone, że w tej chwili jeszcze czegoś bardzo ważnego nie odkryliśmy i za rok czy dwa okaże się to łatwiejsze niż sądzimy.

W ewolucji, w którymś momencie żywe organizmy powstały z nieożywionych substancji. Obecnie przyjmuje się teorię, że pierwsze cząsteczki życia nie były zbudowane z DNA, ale z RNA. Kwas rybonukleinowy potrafi bowiem nie tylko przenosić informację genetyczną, jest czymś więcej niż tylko sekwencją nukleotydów. Jego cząsteczki mogą także funkcjonować jako enzymy, dzięki którym zachodzą reakcje chemiczne. Dlatego dla mnie ciekawszym doświadczeniem niż tworzenie półsyntetycznej bakterii Ventera było obserwowanie w probówce ewolucji cząsteczek RNA, które powielając się, mutowały i w którymś momencie nabierały właściwości umożliwiających ich przetrwanie. Taki eksperyment przeprowadzono kilkanaście lat temu.

I uda się kiedyś stworzyć życie inteligentne?

Nie sądzę, żeby udało się stworzyć aż tak skomplikowaną formę życia. Od sztucznej żywej komórki do organizmu, który miałby sieć nerwową równie wspaniałą jak ludzie, jest bardzo daleko. Zresztą, nie to jest celem. Celem takich badań jest medycyna. Badania molekularne prowadzą do powstania nowych leków, testów diagnostycznych. I to jest najważniejsze.

A jeśli naukowców poniesie chęć stwarzania, tak jak było z klonowaniem?

Celem badań nad klonowaniem zwierząt było tzw. klonowanie terapeutyczne ludzkich zarodków, żeby otrzymywać komórki i narządy, którymi będzie można zastępować chore organy. Plany takie wywoływały wiele kontrowersji. Tymczasem zanim opanowaliśmy umiejętność klonowania terapeutycznego, okazało się, że jest ono bezużyteczne. Odkrycie Shinyi Yamanaki, naukowca z Uniwersytetu w Kioto, sprawiło, że terapeutyczne klonowanie człowieka odchodzi do lamusa.

Pytanie, czy godzi się tworzyć ludzki embrion dla celów medycznych, już nie ma znaczenia, bo okazuje się, że dojrzałe ludzkie komórki można cofać w rozwoju tak, by stały się komórkami macierzystymi. Ta nowa technika stwarza ogromne nadzieje dla medycyny regeneracyjnej. Dzięki temu z komórek pacjenta, który wymaga przeszczepu, będzie można stworzyć nowy narząd. Nie będzie wtedy problemu z odrzuceniem przeszczepu.

Na razie i z tą metodą trzeba postępować ostrożnie, bo komórki, które mają stały potencjał dzielenia się, łatwo mogą się stać komórkami rakowymi. Co zrobić, żeby się takimi nie stały - nad tym prowadzone są badania także w Polsce. Zajmuje się nimi doc. Leonora Bużańska z Instytutu Medycyny Doświadczalnej w Warszawie, moja pracownia także pragnie włączyć się w te badania. Chcemy poznać i wyeliminować zagrożenia.

Sztuczne życie nie zagroziłoby naszemu funkcjonowaniu na Ziemi?

Sądzę, że są bardzo małe szanse, aby takie organizmy mogły się wymknąć spod kontroli. Organizmy wokół nas przeszły miliardy lat ewolucji. Są to zwycięzcy w niesłychanie trudnej walce. Wyspecjalizowały się, żeby wygrywać. Życie, które stworzą naukowcy w laboratorium, nie będzie tak doskonałe i w naturze te organizmy znikną natychmiast. Podobna dyskusja na temat zagrożeń miała miejsce, gdy zaczęto klonować geny. Obawy wyrażone w apelu naukowców z 1974 r. się nie sprawdziły.

Czy genetyka odpowie na pytanie, czym się ludzie różnią od zwierząt?

Wydawało się, że kiedy się uda zsekwencjonować, czyli poznać genom człowieka, odkryjemy, które geny gwarantują człowieczeństwo. Okazało się to znacznie subtelniejsze: choć na poziomie DNA można wykazać różnice genetyczne między ludźmi i zwierzętami, to nie wiemy, czy to właśnie te zmiany sprawiają, że jesteśmy ludźmi. Żeby to odkryć, trzeba by stworzyć transgenicznego szympansa, czyli dodawać mu poszczególne geny, obserwując, czy i kiedy zacznie być inteligentny. Byłoby to jednak bardzo nieetyczne. Gdyby taka istota rzeczywiście zaczęła posługiwać się inteligencją, byłaby wyrwana z kontekstu, nie będąc ani szympansem, ani człowiekiem jak my - po prostu by cierpiała.

Ale to w dalszym ciągu wróżenie z fusów: do takich eksperymentów konieczna jest umiejętność precyzyjnego wycinania i wstawiania genów. Niektórzy naukowcy uważają, że w przyszłości można by stosować taką metodę do celów eugeniki. Np. w Afryce, gdzie panuje epidemia AIDS, można by wprowadzić do organizmów ludzi mutację, dzięki której choroba by się nie rozwijała. Tworzenie mutantów ludzkich spowodowałoby jednak odejście od idei równości.

I nie wiadomo, czy nie pojawiłyby się niekorzystne efekty wprowadzenia tej zmiany. Wszystkie geny przecież są powiązane siecią zależności.

To prawda. Kiedy za pomocą manipulacji genetycznych stworzono inteligentniejsze myszy, jednocześnie zwierzęta te były bardziej wrażliwe na ból. Zresztą większość klonowanych zwierząt jest chora, bo łamiemy naturalne mechanizmy. Klonowane dzieci najprawdopodobniej także byłyby chore.

Przed tworzeniem sztucznego życia powstrzymują nas dwie przeszkody. Pierwsza to niedoskonałości technologii - nie potrafimy jeszcze zsyntetyzować życia. Druga przeszkoda to względy etyczne, pytanie, jak sztuczne życie będzie funkcjonowało w świecie. Pierwsza bariera jest trywialna, bo może niedługo pokonamy niedoskonałości technologii. Drugie pytanie jednak zawsze będzie aktualne.

Prof. PIOTR STĘPIEŃ jest pracownikiem Instytutu Genetyki i Biotechnologii UW oraz Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN.

Dziękujemy, że nas czytasz!

Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →

Dostęp 10/10

  • 10 dni dostępu - poznaj nas
  • Natychmiastowy dostęp
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
10,00 zł

Dostęp kwartalny

Kwartalny dostęp do TygodnikPowszechny.pl
  • Natychmiastowy dostęp
  • 92 dni dostępu = aż 13 numerów Tygodnika
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
89,90 zł
© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]

Artykuł pochodzi z numeru TP 30/2010