Naukowcy stworzyli bakterie z syntetycznymi genomami, które mogą uczynić je odpornymi na infekcje wirusowe.

Dzięki ulepszeniu kodu genetycznego bakterii i ulepszeniu maszynerii do wytwarzania białek, naukowcy publikują w Naturazmienił sposób, w jaki bakteryjny DNA byłby tłumaczony przez atakującego wirusa, zamieniając go w genetyczny bełkot.

„Połączenie przekodowania genomu i ponownego przypisania kodonów może zapewnić uniwersalną strategię uczynienia dowolnego gatunku odpornym na wszystkie naturalne wirusy”.

– Akos Nyerges i in., w piśmie Natura

Powstrzymałoby to infekcję wirusową, która pewnego dnia może mieć wpływ na zapobieganie chorobom u ludzi.

Maszyny replikacyjne

Wirusy są zasadniczo maszynami do replikacji – działają poprzez przejmowanie kodu genetycznego gospodarza w celu wytworzenia białek wirusowych i replikacji w kółko, aż cząsteczki wirusa wydostaną się z komórek gospodarza. Zespół kierowany przez Akosa Nyergesa z Harvard Medical School wiedział, że usunięcie kodu genetycznego może być sposobem na powstrzymanie replikacji wirusa.

Powodem, dla którego wirusy są w stanie przejąć komórki innych organizmów, jest to, że wszystkie żywe istoty używają tego samego systemu kodowania genetycznego. Nasze DNA składa się z pojedynczych liter – ACTG – reprezentujących cztery nukleotydy: adeninę, cytozynę, tyminę i guaninę. Różne kombinacje tych liter są zorganizowane w słowa lub „kodony”, które są tłumaczone na aminokwasy, budulec białek.

Utracony sens po tłumaczeniu

Jednak większość genomów (kompletny zestaw genów lub materiału genetycznego obecnego w komórce lub organizmie) ma dużą nadmiarowość, a wiele aminokwasów może być tworzonych przez wiele różnych kodonów, więc genom może nadal funkcjonować z niektórymi usunięte kodony.

To skłoniło George’a Churcha, szefa laboratorium, w którym pracuje Nyerges, do zastanowienia się w 2004 roku, czy dodatkowe kodony można wyeliminować wraz z tRNA (transfer RNA), który odgrywa kluczową rolę w tworzeniu białek. To spowodowałoby, że niektóre kodony stałyby się ślepymi zaułkami, uniemożliwiając wirusowi wykorzystanie genomu gospodarza do wytwarzania białek.

Zespół Churcha eksperymentuje od 2016 roku Escherichia coli szczepy bakteryjne z usuniętymi kodonami. Teraz mają odmianę E coli który zawiera błędne tłumaczenie, które skutecznie tworzy genetyczną zaporę ogniową przed inwazjami wirusowymi.

Jako zabezpieczenie zespół zmienił przeznaczenie trzeciego kodonu, tak aby organizm odporny na wirusy kiedykolwiek uciekł, natychmiast umarł.

Ludzkie komórki odporne na wirusy

Nyerges i jego współpracownicy nie wskazują konkretnie na potencjał wykorzystania tej technologii do ochrony ludzi przed atakiem wirusów, ale kończą swój artykuł następującym stwierdzeniem: odporne na wszystkie naturalne wirusy”.

Jednak przekodowanie ludzkich genomów to zupełnie inna sprawa. Wirusolog z Uniwersytetu Columbia, Vincent Racaniello, ostrzegł, że „wiele kodonów istnieje nie bez powodu – między innymi zapewniają one bufor przed śmiercionośną mutacją”.

Nie powstrzymało to genetyków przed próbami przekodowania ludzkich genomów. Genome Project-Write ogłosił, że zsyntetyzuje ludzki genom od podstaw, chociaż teraz został zmniejszony do „Project Recode”, który będzie próbował stworzyć ludzkie komórki odporne na wirusy. Naukowcy są przekonani, że jeśli uda im się stworzyć linię komórkową odporną na wirusy, mogą również stworzyć odporność na priony: rodzaj białka, które może powodować choroby u zwierząt i ludzi, powodując nieprawidłowe fałdowanie normalnie zdrowych białek w mózgu.

„Nie jest jasne, czy rozumieją, że pierwszym krokiem, który musi być początkiem projektu, jest pytanie: czy to dobry pomysł?”

– Profesor Laurie Zoloth z Northwestern University

Taka jest też wizja Kościoła. W swojej książce z 2012 r. Regeneza: jak biologia syntetyczna odkryje na nowo naturę i nas samychChurch opisuje „kulminację” biologii syntetycznej jako stworzenie ludzi z genomami odpornymi na wszystkie wirusy, w tym HIV i opryszczkę.

Naukowcy tacy jak Racaniello nadal ostrzegają, że „Przekodowanie ludzkiego genomu w ten sposób prawdopodobnie nie obejdzie się bez poważnych skutków ubocznych”. Istnieją również głębokie implikacje etyczne. Laurie Zoloth, profesor religii i bioetyki na Northwestern University, powiedziała: „Nie jest jasne, czy rozumieją, że pierwszym krokiem, który musi być początkiem projektu, jest pytanie: czy to dobry pomysł?”