Craig Venter leleplezi a "szintetikus életet"

Azért vagyunk ma itt, hogy bejelentsük az első mesterséges sejtet, egy olyan sejtet, amit egy digitális kóddal kezdtünk el készíteni a számítógépben, felépítettük a kromoszómát négy palacknyi vegyszerből, ezt a kromoszómát élesztőben állítottuk össze, átültettük egy recipiens baktériumsejtbe, és átalakítottuk azt a sejtet egy új baktériumfajjá. Szóval ez az első olyan önreplikáló faj ezen a bolygón, amelynek a szülője egy számítógép. Szintén ez az első olyan faj, amelynek saját webhelye a genetikai kódjában van kódolva. De egy perc múlva többet fogunk beszélni a vízjelekről.

Ez egy olyan project, amelynek a kezdete 15 évvel ezelőttre nyúlik vissza, amikor a csoportunk -amit akkor TIGR Intézetnek hívtunk- a történelem első két genomszekvenálásában vett részt. Megszekvenáltuk a Haemophilus influenzae-t majd a legkisebb genomját egy önreprodukáló organizmusnak, a Mycoplasma genitalium-nak. És amint megvolt ez a két szekvenciánk, arra gondoltunk, ha feltehetően ez a legkisebb genomja egy önreprodukáló organizmusnak, létezhet-e még kisebb genom? Megérthetjük-e a sejtes élet alapját genetikai szinten? Ez egy 15 éves kutatás, amely éppen most jutott el ahhoz a kezdőponthoz, hogy képesek legyünk válaszolni ezekre a kérdésekre. Mivel nagyon nehéz eltávolítani összetett géneket egy sejtből, az ember csak azt teheti, hogy egyesével távolítja el őket. Már korán elhatároztuk, hogy egy szintetikus utat kell választanunk, még akkor is, ha senki nem tette ezt azelőtt, ahhoz, hogy lássuk, elő tudunk-e állítani egy baktériumkromoszómát, hogy ténylegesen változtatni tudjuk a géntartalmat, hogy megértsük az élethez szükséges alapvető géneket. Ez indította el a 15 éves kutatásunkat, ami ide vezetett.

Mielőtt elvégeztük az első kísérleteket, megkértük Art Caplan csoportját, akik akkor a Pennsylvaniai Egyetemen dolgoztak, hogy végezzenek egy vizsgálatot arról, mik a kockázatok, a kihívások, az etikai problémák egy új faj laboratóriumban történő létrehozásával kapcsolatban, mivel ilyet még nem csináltak korábban. Ők körülbelül 2 évet töltöttek azzal, hogy ezt függetlenül vizsgálták, az eredményeiket pedig a Science-ben publikálták 1999-ben. Ham és én két évet töltöttünk egy mellékprojekttel azért, hogy megszekvenáljuk az emberi genomot, de amint ez készen volt, visszatértünk az esedékes feladathoz.

2002-ben alapítottunk egy új intézetet, a Biológiai Energiaalternatívák Intézetét, ahol két célt tűztünk ki. Az egyik, hogy megértsük technológiánk hatását a környezetre, és hogy jobban megértsük a környezetet. A másik, hogy elindítsuk a szintetikus élet létrehozásának folyamatát, hogy megértsük az alapvető életet. 2003-ban publikáltuk első sikerünket. Ham Smith és Clyde Hutchison kifejlesztettek néhány új eljárást a hibamentes DNS létrehozására kis mennyiségben. Első munkánk egy ötezer betűs kódból álló bakteriofág volt, egy vírus, amely csak az E. colit támadja meg. Ez a phi X 174 fág volt, melyet történeti okokból választottunk. Ez volt az első olyan DNS fág, DNS vírus, DNS genom, amelyet megszekvenáltak. Amint rájöttünk, hogy tudunk készíteni ötezer bázispárból álló, vírusméretű darabokat, azt gondoltuk, hogy legalább megvannak az eszközeink, hogy megpróbáljunk sorozatban sok ilyen darabot készíteni, hogy képesek legyünk végül összerakni őket, hogy megcsináljuk ezt a megabázisos kromoszómát. Lényegesen nagyobbat annál, mint amilyenre eredetileg gondoltunk.

Sok lépés vezetett ide. Két probléma volt. Meg kellett oldanunk a nagy DNS-molekulák készítésének kémiáját, és meg kellett oldalunk annak a biológiai oldalát, hogy ha már megvan az új kémiai entitásunk, hogyan indítsuk be, hogyan aktiváljuk egy recipiens sejtben. Tehát két csapatunk dolgozott párhuzamosan, az egyik a kémián, a másik pedig azzal próbálkozott, hogy teljes kromoszómákat ültessen át, hogy új sejteket kapjon. Amikor nekikezdtünk, azt hittük, a szintézis lesz a legnagyobb probléma, ezért választottuk a legkisebb genomot.

Önök közül néhányan már észrevették, hogy a legkisebb genomról átváltottunk egy sokkal nagyobbra. Végigmehetünk ennek az okain, de alapvetően a kicsi sejttel egy-két hónap kellett ahhoz, hogy eredményt kapjunk, míg a nagyobb, gyorsabban növő sejttel csak két nap. Így sok cikluson mehettünk keresztül egy év alatt, hathetes ciklusokon. És tudniuk kell, hogy alapvetően a kísérleteink 99, talán több is, mint 99 százaléka kudarcot vallott. Tehát ez egy hibakereső, problémamegoldó forgatókönyv volt a kezdetektől fogva, mivel nem volt rá recept, hogy jussunk el ide.

Az egyik legfontosabb publikációnk 2007-ben jelent meg. Carole Lartigue erőfeszítése arra az eredményre vezetett, hogy ténylegesen átültetett egy baktériumkromoszómát egyik baktériumból egy másikba. Azt hiszem, filozófiai értelemben ez volt az egyik legfontosabb cikkünk, amit valaha is írtunk, mert megmutatta, milyen dinamikus az élet. És amint működött, már tudtuk, hogy tulajdonképpen megvan az esélyünk, ha meg tudjuk csinálni a szintetikus kromoszómákat, hogy azokkal is megtegyük ugyanezt. Nem tudtuk, hogy több évig fog tartani, hogy eljussunk ide.

2008-ban beszámoltunk a Mycoplasma genitalium teljes genomjának a szintetizálásáról, amely egy kicsit több mint ötszázezer betűből álló genetikai kód, de még nem sikerült beindítanunk ezt a kromoszómát. Azt gondoltuk, hogy részben a lassú növekedése miatt, másrészt pedig a sejteknek mindenféle egyedi védelmi mechanizmusuk van, hogy ezeket az eseményeket ne engedjék megtörténni. Kiderült, hogy a sejtnek, amelybe megpróbáltunk transzplantálni, van egy nukleáza, egy enzime, ami tönkreteszi a DNS felszínét, és boldogan ette meg a szintetikus DNS-t, amit adtunk neki, és így sose kaptunk transzplantációt. De abban az időben ez volt a legnagyobb olyan meghatározott szerkezettel rendelkező molekula, amit mesterségesen készítettek.

Így mindkét oldal haladt, de a szintézis részt ki kellett, vagy ki lehetett egészíteni élesztő használatával, betettük a fragmenteket élesztőbe, és az élesztő összeszerelte ezeket nekünk. Ez egy lenyűgöző előrelépés, de volt egy problémánk, mivel most a baktériumkromoszómáink élesztőben növekedtek. Szóval a transzplantáción kívül ki kellett találnunk azt is, hogyan vegyük ki a baktériumkromoszómát az eukarióta élesztőből, méghozzá olyan formában, hogy transzplantálhassuk egy recipiens sejtbe.

A csoportunk új technikákat fejlesztett ki teljes baktériumkromoszómák növesztésére, klónozására élesztőben. Vettük ugyanazt a Mycoides genomot, amit Carole eredetileg átültetett, és élesztőben növesztettük mesterséges kromoszómaként. Azt gondoltuk, ez nagyszerű teszt lesz arra, hogy megtanuljuk, hogyan vegyük ki a kromoszómákat az élesztőből, és hogyan transzplantáljuk őket. Azonban amikor végrehajtottuk ezeket a kísérleteket, ki tudtuk szedni a kromoszómát az élesztőből, de nem volt hajlandó transzplantálódni és beindítani egy sejtet. Ezt a kis problémát két évig tartott megoldani.

Kiderült, hogy a baktériumsejtben a DNS tulajdonképpen metilálódott, és a metiláció megvédi a restrikciós enzimtől, attól, hogy megeméssze a DNS-t. Szóval azt találtuk, hogy ha kivettük a kromoszómát az élesztőből és metiláltuk, utána képesek voltunk átültetni. További fejlődést értünk el, amikor a csoport eltávolította a restrikciós enzimeket kódoló géneket a recipiens capricolum sejtből. Amint ezt megtettük, ki tudtuk venni a csupasz DNS-t az élesztőből, és át tudtuk ültetni.

Tavaly ősszel, amikor ennek a munkának az eredményeit publikáltuk a "Science"-ben, mindannyian túlságosan magabiztossá váltunk, és biztosak voltunk abban, hogy csupán néhány hétre vagyunk attól, hogy képesek legyünk beindítani az élesztőből kivett kromoszómát. A Mycoplasma genitaliummal és annak lassú növekedésével kapcsolatos problémák miatt körülbelül másfél évvel ezelőtt úgy döntöttünk, hogy a sokkal nagyobb kromoszómát, a mycoides kromoszómát fogjuk szintetizálni, tudván, hogy megvan a kidolgozott biológia ennek a transzplantációjára. Dan vezette a csoportot, amely ezt a több mint egymillió bázispárból álló kromoszómát szintetizálta. De kiderült, hogy végül mégsem lesz olyan egyszerű. Ez három hónappal visszavetett minket, mert a szekvencia több mint egymillió bázispárjában valahol volt egy hiba.

Tehát a csapat új hibakereső szoftvert fejlesztett ki, ahol tesztelhettünk minden egyes szintetikus fragmentet, hogy lássuk, növekszik-e vad típusú DNS-háttérben. Azt találtuk, hogy a 11 százezer-bázispáros darabból, amiket szintetizáltunk, 10 teljesen pontos és kompatibilis az életképző szekvenciával. Leszűkítettük egy fragmentre. Ezt megszekvenáltuk, és rájöttünk, hogy mindössze egy bázispár esett ki egy alapvető génből. Tehát a pontosság elengedhetetlen. Vannak olyan részei a genomnak, ahol még egy hibát sem tud tolerálni, és vannak olyan részei, ahol nagy DNS-blokkokat rakhatunk be, ahogy a vízjelekkel tettük, és ezek a részek mindenfajta hibát képesek tolerálni. Szóval körülbelül három hónapig tartott megtalálni és kijavítani ezt a hibát. Aztán egy kora reggel, 6 órakor, kaptunk egy üzenetet Dantől, hogy most már léteznek az első kék kolóniák.

Hosszú volt az út, míg idáig eljutottunk, 15 év a kezdetektől. Úgy éreztük, ennek a területnek az egyik elve az, hogy tökéletesen biztosítsuk, hogy meg tudjuk különböztetni a szintetikus DNS-t a természetes DNS-től. A korai szakaszban, amikor egy új tudományterületen dolgozik az ember, át kell gondolnia minden buktatót, és azokat a dolgokat, amelyek oda vezethetnek, hogy azt hiszi, megcsinált valamit, amikor nem is, vagy ami még rosszabb, másokkal elhitetni őket. Szóval azt gondoltuk, a legrosszabb probléma egy egymolekulás szennyezés lesz a natív kromoszómából, ami oda vezet, hogy azt hisszük, létrehoztunk egy szintetikus sejtet, amikor ez csupán szennyezés.

Szóval a kezdeti időszakban kifejlesztettük az elképzelést arról, hogy vízjeleket teszünk a DNS-be, hogy abszolút világossá tegyük, hogy a DNS szintetikus. Az első kromoszómát, amit 2008-ban építettünk, az ötszázezer bázispárosat egyszerűen megjelöltük a kromoszóma szerzőinek nevével, genetikai kódba építve. De ez csak egybetűs aminosav- átírásokat használt, amely kihagy bizonyos betűket az ábécéből. Így a csoport kifejlesztett egy új kódot a kódban lévő kódban. Tehát ez egy új kód, a DNS-ben lévő üzenet fordítására és írására. A matematikusok régóta rejtenek el és írnak üzeneteket a genetikai kódban, de ők nyilvánvalóan matematikusok és nem biológusok, mivel ha az ember hosszú üzeneteket ír a kóddal, amit a matematikusok kifejlesztettek, több mint valószínű, hogy az oda vezet, hogy egy új fehérje szintetizálódik ismeretlen funkciókkal.

Az a kód, amit Mike Montague és csoportja fejlesztett ki, tulajdonképpen gyakori stop kodonokat rak be. Ez egy más ábécé, de lehetővé teszi, hogy a teljes angol ábécét használjuk központozással és számokkal. Tehát van négy nagyobb vízjel, és mindegyik több mint ezer bázispárú genetikai kód. Az első tulajdonképpen magában hordja ezt a kódot a genetikai kód többi részének a fordításához. A maradék információban a vízjelekben, benne van, azt hiszem, a 46 különböző szerzőnek és kulcsfontosságú közreműködőnek a neve, akik ebbe a stádiumba juttatták a projektet. Beépítettünk egy honlapcímet is azért, hogy ha valaki dekódolja ezt a kódon belüli, kódon belüli kódot, akkor küldhessen egy emailt arra a címre. Tehát ezt világosan meg lehet különböztetni bármilyen más fajtól, mivel 46 név van benne, és a saját webcíme. Valamint hozzáadtunk három idézetet, mert az első genomnál kritizáltak minket amiatt, hogy nem próbáltunk meg valami mélyrehatóbbat mondani, csak aláírtuk a munkát.

Tehát nem adjuk meg a kód további részét, de megadjuk a három idézetet. Az első: "Élni, hibázni, elbukni, győzni, és életet teremteni életből." Ez egy James Joyce idézet. A második idézet, "A dolgokat nem olyannak látni, amilyenek, hanem olyannak, amilyenek lehetnének." Ez egy idézet az "Amerikai Prométheusz" című, Oppenheimerről szóló könyvből. És az utolsó egy Richard Feynman idézet. "Amit nem tudok megépíteni, azt nem tudom megérteni." Szóval, mivel ez ugyanannyira filozófiai előrelépés, mint technikai fejlődés a tudományban, megpróbáltunk foglalkozni mind a filozófiai, mind a technikai oldallal.

Az utolsó dolog, amit mondani akarok, mielőtt rátérnénk a kérdésekre, hogy ezt a kiterjedt munkát, amit csináltunk, azt, hogy etikai vizsgálatot kértünk, a határokat feszegettük azon az oldalon és a technikai oldalon is, széles körben megvitatták a tudományos közösségben, a politikai közösségben, és a szövetségi kormány legfelsőbb szintjein. Még ezzel a bejelentéssel is, ahogy 2003-ban is tettük, -- azt a munkát az Energiaügyi Minisztérium támogatta -- tehát a munkát áttekintették a Fehér Ház szintjén is, megpróbálva eldönteni, vajon titkosítsák-e vagy publikálják. És a nyílt publikáció mellett döntöttek, ami a helyes megközelítés. Tájékoztattuk a Fehér Házat. Tájékoztattuk a Kongresszus tagjait. Megpróbáltuk párhuzamosan kezelni és szorgalmazni a politikai kérdéseket a tudományos haladással.

Szóval ezzel szeretném megnyitni a kérdések sorát. Igen, hátul.

Riporter: meg tudná magyarázni, laikus szempontból mennyire jelentős ez az áttörés?

Craig Venter: Meg tudom-e magyarázni, mennyire jelentős? Nem vagyok benne biztos, hogy mi vagyunk azok, akiknek ezt meg kellene magyarázniuk. Számunkra jelentős. Talán ez egy hatalmas filozófiai változás abban a tekintetben, hogy hogyan látjuk az életet. Tulajdonképpen parányi lépésnek tekintjük abból a szempontból, hogy 15 évig tartott az, hogy most képesek vagyunk elvégezni a kísérletet, amit 15 évvel ezelőtt akartunk, hogy megértsük az életet az alapvető szintjén. De valóban hisszük, hogy ez egy nagyon hatalmas eszközrendszer lesz. Mi már számos területen elkezdtük használni ezt az eszközt.

Az Intézetnél van egy folyamatban lévő támogatásunk az NIH-től, egy, a Novartis-szel közös programban arra, hogy megpróbáljuk használni ezeket az új, szintetikus DNS-eszközöket, hogy talán megcsináljuk az influenza elleni oltást, amit esetleg jövőre már önök meg is kaphatnak. Mert ahelyett, hogy heteket, hónapokat venne igénybe, hogy ezeket megcsináljuk, Dan csoportja már meg tudja csinálni kevesebb mint 24 óra alatt. Tehát amikor önök látják, hogy milyen sokáig tartott egy H1N1 vakcinát előállítani, azt gondoljuk, mi le tudjuk rövidíteni ezt a folyamatot, eléggé lényegesen. Az oltóanyag területen a Synthetic Genomics és az Intézet egy új vállalatot hoz létre, mert úgy gondoljuk, ezek az eszközök hathatnak az olyan betegségek vakcináira, amelyeket még nem lehet elérni az olyan dolgokra, ahol a vírusok gyorsan változnak, mint például a rhinovírus. Nem lenne jó, ha lenne valamink, ami ténylegesen meggátolná a náthát? Vagy ami még fontosabb, a HIV-et, ahol a vírus olyan gyorsan fejlődik, hogy a vakcinák, amiket manapság készítenek, nem tudnak lépést tartani ezekkel az evolúciós változásokkal.

A Synthetic Genomics-nál nagy környezetvédelmi kérdéseken is dolgozunk. Gondolom, ez a legutóbbi olajömlés az Öbölben egy figyelmeztetés. Nem látjuk a szén-dioxidot, ezt illetően a tudományos mérésektől függünk, és látjuk a kezdeti eredményeit annak, hogy túl sok van belőle. De már látjuk az elő-szén-dioxidot, amely a vizeken lebeg, és szennyezi az Öböl partjait. Szükségünk van alternatívákra az olajjal szemben. Van egy programunk az Exxon Mobile-lal, hogy megpróbáljunk kifejleszteni olyan új algatörzseket, amelyek hatékonyan ki tudják vonni a szén-dioxidot a levegőből vagy koncentrált forrásokból, új szénhidrátokat hoznak létre, amelyek a cég finomítóiba kerülhetnek, hogy normál benzint és dízel üzemanyagot készítsenek szén-dioxidból.

Ez csak egy pár megközelítés és irányvonal, amit felvetünk.

(Taps)