Teadlased on pikka aega püüdnud valmistada võimalikult väikest iseseisvat paljunemisvõimelist organismi ja tuvastada, mis on minimaalne hulk geene selleks, et organism suudaks funktsioneerida. Selle käigus on tulnud päevavalgele ka see, kui vähe me tegelikult elu alustaladest teame, kirjutab biomeditsiini eetika ekspert Thomas H. Murray.
Kujutage hetkeks ette, et olete leidnud imelised seadmed, mis on maha jäänud iidsest tsivilisatsioonist. Need müstilised instrumendid erinevad suuruse ja keerukuse poolest, kuid mõningad imepärased võimed on neil ühised.
Kui tahate mõista, kuidas need töötavad, on mõistlik alustada lihtsaima ja väikseima seadmega ning süsteemselt selle osi vähendada, kuni see lõpetab töötamise. Lõpuks on ära võetud kõik ebavajalik ning alles on jäänud vaid need komponendid, mida on vaja põhiliste funktsioonide tööks. Kui seejärel mõistate, mida iga allesjäänud osa teeb, olete saanud oma vastuse.
Umbes selline on ka avastusretk, mida on viimased kakskümmend aastat läbi käinud ameerika biotehnoloog J. Craig Venter ja tema kolleegid – ainult et nende imelised seadmed ei ole mitte arheoloogilised jäänused vaid elusad organismid. Tükid, mida nad mõista püüavad, on geenid, mida me jagame kõigi teiste autonoomsete suguvõimeliste eluvormidega.
Ajakirjas Science hiljuti avaldatud uurimuses teatasid Venter ja tema kolleegid, et nad on kokku pannud väikseima elusa ja sigimisvõimelise organismi. Nende loodu – nimega JCVI-syn 3.0 – on lihtne rakk, mis koosneb vaid eluks vajalikest geenidest. Sellel on väiksem genoom kui ühelgi teisel looduses leiduval autonoomselt paljuneval organismil. Genoom on suurem vaid viirustel ja teistel olenditel, mis vajavad põhifunktsioonide toimiseks peremeesorganismi.
Venteri meeskond pani oma organismi kokku katse-eksituse meetodil. Nad alustasid oma teadmistega bioloogia kohta, et leida minimaalne geenikomplekt, mida elu jaoks vaja. See lähenemine kukkus läbi.
Selle asemel võtsid nad siis juba eksisteeriva organismi ja hakkasid seda jupphaaval vähendama. Nad alustasid Mycoplasma mycoidesi genoomiga. Tegemist on parasiteeriva bakteriga, mis nakatab kariloomi ja kitsi, ning on lähedalt suguluses Mycoplasma genitaliumiga, millel on meile tuntud vabalt elavate bakterite seas kõige vähem geene – kõigest 525.
Meeskond jaotas M. Mycoidese genoomi kaheksaks killuks ning hakkas ühekaupa geene kustutama. Kui tagasi kokku pandud organism ei tulnud eluga toime, jäeti geen alles. Kui olulisust ei paistnud, jäeti geen välja. Lõpuks jäi organismi toimetulekuks alles 473 vajalikku geeni. (Võrdluseks, inimestel on umbes 20 000 geeni.)
Venteri meeskonna töö olulisima tulemusena tuli päevavalgele see, kui vähe me tegelikult elu alusbioloogiast teame. Enamik 473-st geenist hoolitsevad abitoimingute eest: need toodavad valke, hoiavad DNA-d korras ning vastutavad rakkude membraani ka tsütoplasma eest. Olemas on aga 149 geeni, mille funktsioonid on teadmata. Teiste sõnadega, peaaegu kolmandik geenidest, mis on organismi eluspüsimiseks ja ka paljunemiseks vajalikud, jäävad müsteeriumiteks.
149st teadmata funktsiooniga geenist on 70-l struktuur, mis vähemalt vihjavad nende rollile rakus. Ülejäänud 79 geeni kohta ei tea me midagi peale fakti, et nende organismide puhul katse jaoks loodud keskkonnas on elu nendeta võimatu. Lisaks sellele tunnistavad Venter ja ta meeskond, et mõne teise mikroobiga alustades või teistsuguses keskkonnas kasvatades oleks vajalike geenide komplekt teistsugune. Järelikult on nende loodu vaid üks võimalikest minimaalsetest genoomidest, mitte ainuke võimalik minimaalne genoom.
Kõik see viitab uutele põnevatele avastustele tulevikus. Praktilise ja kommertslike eesmärkide poolest on uudis aga vägagi kainestav.
Sünteetilise bioloogia üks peamisi eesmärke on luua platvorm või raamistik, mida saaks kasutada kindlate ülesannete täitmiseks mõeldud organismide kasvatamiseks. Just nagu Volkswagen kasutab oma A5 platvormi 19 erineva sõiduki ehitamiseks luksuslikust Audi A3st väikeste maasturite ja odavamate mudeliteni, oleks ka bioloogiline raam minimaalseks mikroobseks platvormiks, millele saaks lisada geneetilisi juhtnööre, et luua ravimeid, biokütuseid, kosmeetikat või mida iganes hing ihaldab.
Avaldatud uurimus tõi esile kaks väljakutset. Esimeseks neist on see, et bioloogia on keeruline. Venteri töö näitab, et meil pole veel piisavalt teadmisi elementaarse bioloogia põhialustest, et kujundada ja ehitada rakke. Geenid ei tööta nii nagu esitiivad või pidurid, neid ei saa panna raami külge teistest osadest eraldi mingit funktsiooni täitma. Geenid suhtlevad omavahel, teineteist võimendades, vaigistades või isegi summutades. Nende geenide toimed mõjutavad omakorda järgmisi geene.
Tuleb välja,et genoomid töötavad vähem nagu masinad kui loendamatute suhete ja keeruliste tagasisideahelatega ökosüsteemid. Sünteetilisele organismile genoomsete osade lisamine oodatavate tulemuste saavutamiseks võib olla palju keerulisem kui raamimudeli toetajad on arvanud.
Teine väljakutse seisneb konkurentsis. Kui Venter ja tema meeskond tööd alustasid, olid geenitehnoloogide tööriistad võimsad, kuid kaasaegsete standardite järgi algelised. Viimaste aastate jooksul on teadlased leidnud palju täpsemaid mooduseid geenide muutmiseks. Neist kõige silmapaistvam on tuntud kui CRISPR Cas9, mis lõikab DNA-d märkimisväärse (kuid mitte ideaalse) täpsusega. Selle tulemusena on raamile geenide lisamise mudeli kõrval tõusnud alternatiivina geenide muutmine.
On võimatu teada kas sünteetilised organismid nagu Venteri JCVI-syn 3.0 või geenimuutmistehnoloogiad muutuvad biotehnoloogias äriliselt peamiseks, või kas leiame meetodi, mis asendaks mõlemad. Võime aga kindlad olla, et meie teadmised elementaarse bioloogia osas süvenevad ja elusate organismide muutmise oskuste paranemine toob meieni järjest tõsisemaid eetilisi küsimusi.
Thomas H. Murray on Hastingi Keskuse emeriitpresident ning Singapuri Riikliku ülikooli Yong Loo Lini meditsiinikooli külalisprofessor.
Copyright: Project Syndicate, 2016.