Szegedi baktériumból hozták létre a világ első mesterséges élőlényét

Szegedre vezetnek az első mesterséges élőlény gyökerei, derült ki az MTA sajtóközleményéből. Május közepén új mérföldkövet jelentettek be a mesterséges élet létrehozásában: egy baktérium teljes örökítőanyagát szintetikusra cserélték cambridge-i kutatók, ráadásul az egész élővilágban egységes genetikai kódon is változtattak. A hír bejárta a világsajtót, ám azt kevesen tudják, hogy a példátlan eredmény eléréséhez egy olyan baktériumot használtak, amelyet az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjában fejlesztett ki Pósfai György és kutatócsoportja. A kapcsolat a két munka között jó példa az alapkutatási eredmények előre nem látható hasznosulására.

Pósfai György, a kutatás vezetője összefoglalta, háromféle jelentősége van a munkának:

Új eljárás teljes genomok átalakításához

Technológia tekintetében már ismert módszereket fűztek egybe ahhoz, hogy a tervezett kódolási módosításokat beépítve lemásolják a kólibaktérium teljes DNS-ét (genomját). A folyamat a DNS nukleotidsorrendjének megtervezésével, majd kis darabokban történő kémiai szintézisével indul. Ezeket a kisebb szakaszokat nagyobbakká (100 ezer nukleotidnyi genomszakaszokká) fűzik össze, ehhez a laboratóriumban jól kezelhető élesztőt is igénybe veszik mint köztes gazdát. A nagy genomszakaszokat azután sorban a kólisejtbe juttatják, lecserélve az eredeti, természetes szakaszokat.

A kólibaktérium kromoszómájának sematikus térképe. A belső kör (fekete) mutatja az eredeti baktérium genomját (4434 gén). Piros blokkok jelölik az MDS42 változatban kiejtett genomszakaszokat (42 szakasz, összesen 704 gén). Forrás: Pósfai György

A végeredmény egy olyan baktérium, amelynek teljes DNS-molekulája szintetikus eredetű. Az új DNS pedig az eredeti információ mellett új, beletervezett, akár globális érvényű módosításokat is hordozhat. Az itt alkalmazott folyamat mintaként szolgálhat másféle sejtek teljes genomjának nagyszabású átalakításához is. Ráadásul a lépések egy része automatizálható, megkönnyítve a jövőbeni hasonló munkákat.

Nevezhetjük-e mesterségesnek ezt az élőlényt? Igen is, meg nem is, írja Pósfai Csaba. Az elkészítéshez élő sejtekre volt szükség, maga a fogadó gazda is egy természetes élőlény. Ugyanakkor a sejt felépítését és működését meghatározó információt hordozó DNS-t mesterségesen alakították ki.

Hasonló munkára egyébként már volt példa, Craig Venter csapata évtizedes erőfeszítéssel készített olyan Mycoplasma baktériumot, amelyet szintetikus eredetű DNS működtetett (Gibson és mtsai, Science, 2010). A Mycoplasmaegyszerűsége miatt alkalmas volt a technológia demonstrálására, gyakorlati haszna azonban nincsen az alkalmazásokban. A mostani munka újabb dimenziót nyitott: egyrészt jóval nagyobb DNS-molekulát tudtak összeállítani, másrészt egy igen hasznos, a kutatásban és az iparban széleskörűen használt baktériumot vettek alapul. További részleteket olvashatnak a példátlan eredmény eléréséről és annak hasznáról az MTA cikkében.

Szegeden előállított baktériumot használtak

Van még egyéb érdekessége is a munkának: egy magyar szál, ráadásul egy szegedi előzmény. Nem akármilyen, a laboratóriumokban vagy az iparban gyakran használt, „vad" kólibaktérium DNS-ét vették alapul a szintetikus variánshoz, hanem az MTA SZBK Biokémiai Intézetének Genommérnöki Csoportjában készített, MDS42 nevűét. A név egy genetikailag erősen egyszerűsített kólibaktériumra utal (Multiple Deletion Strain, 42 kiejtett genomszakasszal). Többéves munkával, melybe – elsősorban bioinformatikai segítséggel – egy amerikai kutatócsoport is bekapcsolódott, precízen kiiktatták a baktérium genomjából a fölöslegesnek, illetve a kutatási-ipari felhasználás szempontjából károsnak ítélt géneket.

Miért választották most az MDS42 kólibaktériumot a szintetikus verzióhoz? Ennek két oka van: egyrészt 4,6 millió nukleotid helyett kevesebb mint 4 milliót kellett összeszerkeszteni, másrészt hiányzott már belőle sok, a felhasználás szempontjából igazoltan felesleges vagy káros szakasz (pl. a mutációkat, genetikai instabilitást okozó „ugráló" gének).

A mostani, szintetikus genomú baktérium valószínűleg nem lesz sokáig világrekorder a mesterségesség „versenyében". Még drasztikusabban átalakított genetikai kódrendszerű kólibaktérium is készülőben van (szintén MDS42-alapokon), más szintetikus baktériumgenomokat is terveznek, és nincs messze a mesterséges genomú, 12 millió nukleotidból összeálló élesztőgenom befejezése sem.

Gyakran felmerül az aggály, mi lesz, ha a mesterségesen megalkotott baktérium elszabadul, a gondosan kialakított genetikai tervrajz elfajul, esetleg – például vírusok közvetítésével – idegen, veszélyes gének kerülnek bele. Nos, a megváltoztatott genetikai kódrendszer tűzfalat képez a mesterséges és a természetes rendszerek között. Ha információt cserélnek, az a partnerben nem fog működni, hiszen az másként olvassa ki a genetikai utasításokat.