GOST RAZGLEDOV

dr. Marko Dolinar
Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani
marko.dolinar@fkkt.uni-lj.si

Prejšnji mesec je ekipa študentov ljubljanske univerze dosegla velik uspeh na mednarodnem tekmovanju iz sintezne biologije na prestižni univerzi MIT v Združenih državah Amerike. O tem so poročali (celo) slovenski mediji in to dosti manj zadržano kot lani, ko je naša ekipa na tem tekmovanju zmagala v skupni uvrstitvi. Tekmovanje in odmevi na uspeh so prav pripravno padli v čas svetovnega dneva boja proti AIDS-u, to pa je tudi tema, ki so se je študenti lotili – in z rešitvami in rezultati na tekmovanju zmagali v kategoriji Medicina in zdravje. Čeprav je bilo med vprašanji, ki so nam jih zastavljali novinarji, najpogostejše: kdaj bo mogoče novi način zdravljenja preizkusiti na bolnikih, je pravzaprav v tem času najboljše vprašanje: kaj lahko sintezna biologija naredi dobrega za ljudi.

Definicija sintezne biologije je dolgočasna: je veda, ki se ukvarja z načrtovanjem in izdelavo novih bioloških delov, naprav in sistemov ter s preurejanjem naravnih bioloških sistemov v uporabne namene. Gre za novo vedo, ki temelji na poznavanju delovanja celic na molekularni ravni, pri svojem delu uporablja orodja tehnologije DNA in rešuje probleme, s katerimi se srečuje človeštvo. Poudarjena je torej inženirska komponenta sintezne biologije, ki je verjetno najpomembnejša razlika v primerjavi z drugimi podobnimi vedami (na primer biologijo sistemov ali molekularno biologijo).

Z vedno boljšim razumevanjem celičnih procesov in ob uporabi številnih izpopolnjenih tehnik za delo z DNA, je danes mogoče racionalno načrtovanje novih lastnosti celic. Vanje je možno vključiti encime, ki sicer v tej celici niso prisotni in s tem nek celični produkt pretvoriti v drugo uporabno snov, na primer v potencialno zdravilo. S spreminjanjem celic je mogoče povečati sintezo energentov. Če spremenimo posredovanje signalov v celici, lahko celice začnejo fluorescirati, ko pridejo v stik z neko nevarno snovjo iz okolja in s tem delujejo kot biosenzorji. Uporab je neskončno. Vsakič izhajamo iz poznavanja predvsem delovanja encimov in lastnosti DNA, ki te encime zapisujejo. Celice vedno spreminjamo s tem, da vanje vstavimo neko novo, točno določeno DNA. Postopek je tehnično enostaven in posledice genskega spreminjanja so predvidljive, saj natančno vemo, kaj vstavljamo v celice. S stališča znanosti je torej sintezna biologija ‘čista’ veda.

Tehnično je torej mogoče v gojene celice vstaviti katerokoli novo informacijo, ki se jo da zapisati na ravni DNA. Razen tega je mogoče sintetizirati in sestaviti že dokaj velike kose DNA, torej ne samo zapise za posamezne beljakovine, pač pa za nize različnih beljakovin in elemente, ki uravnavajo, kdaj in s kakšno hitrostjo se bo DNA prevedla v beljakovino. Torej je le vprašanje časa, kdaj bodo celice postale delujoči in koristni miniaturni stroji, ki bodo omogočili enostavnejšo, cenejšo in hitrejšo proizvodnjo zdravil, novih materialov in obnovljive energije. Tako se vsaj zdi na prvi pogled.

Za uspešen prodor sintezne biologije – ne kot znanstvene discipline, pač pa kot industrijske panoge – manjka vsaj še dvoje: družbeno soglasje, da gensko spreminjanje celic za koristen namen ni etično sporno in pa predvsem dobre ideje, kako znane celične procese ali posamezne stopnje uspešno povezati v nove funkcionalne enote. Pri obojem imamo pomembno vlogo prav sintezni biologi. Glede družbene sprejemljivosti je treba predvsem znati razložiti, da je delo s celicami varno in da usmerjeno gensko spreminjanje samo po sebi ni nič bolj (kvečjemu manj) nevarno kot so križanja, s katerimi človek eksperimentira že tisočletja.

Največji izziv sintezne biologije so torej uporabne ideje, ki temeljijo na dobrem poznavanju biokemijskih osnov življenjskih procesov. Prepoznati je treba pomembna odprta vprašanja, na katera dosedanja tehnologija ni dala dobrih odgovorov, nato pa poiskati rešitve, ki jih sintezna biologija omogoča. Ravno v tem tiči velik del odgovora, zakaj slovenska študentska ekipa v konkurenci najboljših svetovnih univerz lahko premaga velike. Ob pomoči mentorjev s Fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani, predvsem pa s Kemijskega inštituta, so lani prodrli s projektom spreminjanja gojenih človeških celic, ki so sposobne preprečiti nastanek sepse (za njo v Evropi vsako leto umre verjetno okrog 300.000 ljudi), medtem ko so se dotlej vse ekipe ukvarjale z bakterijami in kvasovkami.

Letos smo se lotili problema okužb z virusom HIV. S tem virusom je okuženih približno 40 milijonov ljudi po vsem svetu, cepiva ali zdravila, ki bi lahko trajno zavrlo razmnoževanja virusa v telesu okuženega človeka, pa tudi 25 let po izbruhu pandemije še ni. Treba je bilo torej identificirati problem, v našem primeru je bila to velika hitrost mutiranja virusnih proteinov, in postaviti logično rešitev – zdravilo, ki bi delovalo na osnovi virusne funkcije, ne na osnovi zgradbe virusnih proteinov. Od tu naprej so imeli študenti proste roke in nekatere ideje, ki so jih predstavili, so bile obetajoče. Skozi pogovore in ob intenzivnem študiju najnovejše literature s tega področja smo oblikovali delovni načrt in ga tudi izpeljali do take mere, da smo z rezultati lahko prepričali sodnike z ameriških in evropskih univerz in iz industrije, ki so ocenjevali naše delo.

Nauk zgodbe je, da ambicioznost pri raziskavah ni nekaj slabega, če jo spremlja poglobljen študij in intenzivno delo. Raziskovalne teme na področju ved o življenju so skoraj vedno globalne, tehnike in znanje so globalni, rešitve pa so individualne. Sintezna biologija in mnoge druge vede so žejne dobrih idej. Čas je zdaj bolj pravi kot kdajkoli prej.

Objavljeno pod gost razgledi.net, znanost in tehnologija | | |