Медиакафе и блогът "Бръсначът на Окам" продължават рубриката, която публикуваме всеки вторник: предоставяне по лесно четаем, но пълноценен начин на различни теории от математиката, биологията, физиката и други свързани дисциплини. В днешното издание си говорим за синтетична биология:
Изкуствени белтъчни тела (протеини)
 Компютърно генерирано изображение на изкуствения протеин, Top7. Илюстрация: Gautam Dantas/University of Washington |
През 2004 г., след около 4 милиарда година след появата на първите в света полинуклеотидни и полипептидни вериги, техните потомци от Медицинския институт Хауърд Хюз в Университета на Вашингтон, под ръководството на Дейвид Бейкър (David Baker) синтезират първия изкуствен протеин Top7. За разлика от природата, която действа по метода на пробите и грешките, учените първо са моделирали белтъка на компютър от последователности от аминокиселини до триизмерна структура на молекулата, а след това по чисто химически начин, без гени и рибозоми са синтезирали последователността от няколко десетки аминокиселини.
Но свойствата на протеините се определя не толкова от техния химически състав, колкото от тяхната триизмерна молекулна структура. Възпроизвеждането на процеса, с който се справя живата клетка в продължение на няколко минути, синтезирайки хиляди или дори десетки хиляди молекули в същото време, за групата от учени са необходими години. Само моделирането на фолдинга – огъването на молекулата на белтъка в триизмерна структура, ще отнеме около сто години компютърно време за изчисления. За да се ускорят сложните изчисления, изследователите използват софтуер за разпределени изчисления.
Първият синтетичен вирус
През 2002г. група от изследователи от Държавния университет на Ню Йорк под ръководството на Екард Вимер (Echard Wimmer) създават първия синтетичен вирус . В действителност, този вирус е в много отношения полусинтетичен. Той е реплика на природния полиомиелитен вирус.
 Полиомелитен вирус, създаден от хората Илюстрация: bbc |
Според изследователя Jeronimo Cello, вирусът на полиомиелит, сглобен в лабораторията е един от най-простите познати вируси – "Това беше много лесно да се направи". Този вирус съдържа само три гена, които кодират белтъците, необходими за възпроизвеждане: на тези белтъци, причиняващи разкъсване на клетъчните стени на заразения.
Може да се каже, че вирусът на Уимър е полуизкуствен -За синтезата на вирусната РНК групата на Уимърr използват естествени клетъчни ензими; за синтеза на протеините – екстракти от живи клетки, съдържащи компонентите, необходими за синтеза и сглобяването на вируса : рибозоми, ензими, нуклеотиди, аминокиселини, транспортни РНК и др.
Бактериофаги
През ноември 2003 г., изследователски екип от Института за алтернативни биологични източници на енергия под ръководството на Крейг Вентър (Craig Venter) обявиха, че са реконструирали бактериофаг φX174 с пръстенова едноверижна ДНК, която съдържа 11 гени в последователност от 5386 нуклеотиди. Вирусът е сглобен само за две седмици.
Едно от най-очевидните приложения на синтетичните вируси е създаването бактериофаги, способни да убиват бактериите. Тези вируси са по-добро средство за борба с инфекциите, отколкото антибиотиците. Напълно синтетични или генномодифицирани вируси могат да бъдат използвани за доставяне на гени в хромозомата при генното инженерство срещу генетични заболявания.
Вирус, отпечатан с 3D-принтер
 Синтетичният вирус PhiX174 създаден от Autodesk Илюстрация: recode.net |
Буквално тези дни (5.05.2014г.) излезе съобщение, че компанията Autodesk, че от миналия месец е започвала да произвежда синтетични Phi-X174 бактериофаги, вирус, който заразява бактерии с Е. коли, което е напълно безвредно за хората. Уникалното е , че това е вирус, отпечатан с 3D-принтер.
Така синтетичната биология и биотехнологиите дават сериозна заявка като бъдеща индустрия. Разбира се, въвеждането на тези инструменти в ръцете на повече хора носи рискове. Докато учените виждат голям потенциал за създаване на нови лекарства, ваксини и наноматериали, има и такива, които биха се опитали да ги използват за създаване на биологични оръжия.
Създаден е организъм с извънземно ДНК
Наскоро (7 Май, 2014г.), списание Nature и Scientific American обявиха за създаването на жив и способен да се възпроизвежда организъм с ДНК имаща три вместо две двойки бази. Това е успех на изследователска група от Калифорния, Scripps Research Institute, ръководена от Флойд Ромсберг (Floyd Romesberg), която работи вече 15г. по този проект.
|
"Животът на Земята в цялото му разнообразие е кодиран от само две двойки бази на ДНК: A-T и G-C"' – каза Ромсберг, имайки предвид азотистите бази аденин и тимин и гуанин и цитозин. "Но ние сме създали организъм, които стабилно съдържа освен тези две двойки и трета, неестествена двойка бази", – подчерта той.
Според Ромсберг " това показва, че съхраняването на генетичната информация има и други възможни решения', различни от традиционната ДНК. "Разбира се, това ни води до биологията на разширеното ДНК, която ще има много невероятни приложения – от нови лекарства за нови видове нанотехнологии." – каза ученият.
Изследванията се провеждат върху ДНК на Ешерихия коли. Към двете двойки бази на ДНК, е добавена още една, изкуствено синтезирана, обозначена с буквите X и Y.
Този резултат пробив веднага предизвика голям интерес от експерти от цял свят. Потенциалните приложения на технологията включват вкарването на токсична аминокиселина в протеин, като се гарантира, че тя ще убива само раковите клетки, както и разработването на светещи аминокиселини, които биха могли да помогнат на учените да проследяват биологични реакции под микроскоп.
Стивън Бенър,от Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих, се изказа, че не вижда причина защо да не е възможно да се създаде и изцяло синтетичен организъм. "Аз не мисля, че има някаква граница", казва той.
Синтетичната бактерия Mycoplasma
 Снимка: J. Craig Venter Institute.  Синтетичната Mycoplasma mycoides JCVI-syn1 или "Синтия" – Първата изкуствена бактериална клетка. Илюстрация: clarin.com |
През 2006 г. Институтът Крейг Вентър (JCVI), организация с нестопанска цел геномни изследвания, оглавявана от нобеловия лауреат Хамилтън Смит (Hamilton O. Smith) и включваща прочутия ДНК-изследовател Крейг Вентър и микробиолога Клайд А. Хатчисън III (Clyde A. Hutchison III) , подава документи за патент за предварително проектиран частично-синтетичен вид бактерия от рода Микоплазма (Mycoplasma), получена от генома на Mycoplasma genitalium.
Този пробив в областта на биологичните патенти е препятстван от правозащитната организация Action Group on Erosion, Technology and Concentration.(ETC Group) .
На 20 май 2010г. изследователи от Института Крейг Вентър публикуваха резултати, описващи успешното приключване на строителството на първата самовъзпроизвеждаща се синтетична бактериалната клетка. Екипът синтезира 1080000 базови двойки хромозоми, получена от генома на Mycoplasma mycoides и наречена от екипа "синтетична Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0". Групата ETC от Канада я наричат "Синтия".
 |
Сглобяването на синтетичния M. mycoides геном в дрожди. Схема от Gibson, DG, JI Glass, и др.. 2010. Създаване на бактериална клетка се контролира от химически синтезиран геном. Science, Публикувани онлайн 20 май, 2010. Илюстрация: Институт Крейг Вентър |
Това е синтетична клетка, с компютърно проектиран геном. Геномът е почти точно копие на естествения си аналог, само с няколко отстранени несъществените гени и малък брой грешки при последователността, които не засягат функциите на организма. Добавени са четири специални последователности с "воден знак" за се разграничи от оригиналната версия. Поредиците съдържат скрит код от имена и изречения, заедно с линк и имейл адрес, за кандидат-декодери
Проект "Минимален геном"
Екипът започна с бактерията Mycoplasma genitalium —условно-патогенен обитател пикочополовите пътища. Геномът на M. genitalium се състои само от 482 гени , съдържащи 582 970 базови двойки , разположени на кръгова хромозома – това е най-малкия известен геном на естествен организъм. Внимателно, един по един, изрязвайки гените на хромозомата на M. гениталиум, изследователите са открили, че истински необходими за съществуването на бактерията са само 382 гени. Това усилие е известно като Minimal Genome Project.
Проектът е финансиран от специален грант (безвъзмездна помощ) от Министерството на енергетиката на САЩ в размер от 3 млн. долара. Смята се, че синтетичния геном струва около 40 милиона долара, а Инситутът Вентър досега е привлякъл общо над 110 милиона в инвестиции. Очаква се бъдеща сделка с Exxon Mobil за 300 милиона долара за изследвания за разработка на водорасли за дизелово гориво.
Новата чума "Синтия". Поредната теория на конспирацията.
На 20 април 2010 година нефтена платформа за дълбочинен добив на петрол, собственост на компанията Бритиш петролеум се самовзриви. Това доведе до невероятен разлив на петрол в Мексиканския залив. Специалистите изчисляват, че в океана са се излели около 5 млн. барела нефт, а петното от разлива достигна 100 000 кв км., унищожавайки всичко живо по пътя си. Огромните финансови загуби принуждават компанията да потърси изход от критичното положение като се обръне към Института Крейг Вентър, поръчвайки искуствена бактерия, която да „изяде” разлятия петрол, наречена "Синтия".
 "Последиците от Синтия" Снимки: frognews |
През 2011 г. „Синтия” е пусната в Мексиканския залив и тя наистина започнала да изяжда нефтеното петно. Много скоро обаче станало ясно, че освен нефта, бактерията изяжда и всичко живо, което й попадне на пътя. Последвало масова смъртност сред птиците в американския щат Арканзас – над 5000 регистрирани смъртни случаи. В Северна Луизиана са унищожени над 100 000 риби, а 128 работници на Бритиш Петролеум заболяват от неизвестна болест. Забраняват им да се лекуват в местните болници, за да не изтече секретна информация за „Синтия”, съобщава CNN.
Оказало се, че бактерията „Синтия”, наричана вече по това време „Смърт” и „Синя чума” се размножава много бързо и не може да бъде спряна или унищожена с известните до този момент антибиотици. На всичкото отгоре започва да предизвиква и силни алергии, разпространявайки се чрез най-обикновен дъжд. Организъм, в който е попаднал „Синтия” се счита за обречен.
Последните новини, сочат че бактерията е навлязла в течението Гълфстрийм, което мие бреговете на Европа. Британски учени усилено работят по откриване на ефективно противодействие, но засега такова няма. Какви ще бъдат последствията за европейците, ако се потвърдят и тук данните за смъртоносното действе на „Синтия” , може само да се предполага.
Публикувам със съкращения съобщението на frognews от 25.08.2013г. Смъртоносната „Синя чума” стигна Европа, убива и чрез дъжд. Мистериозно след лятото на 2013-та тревожните съобщения спират. Овладяна ли е "синята чума"? Би трябвало да е пристигнала до нас вече. Или медийната сензация вече се е изтъркала?
|
Интересно е, че съобщенията са само по жълти издания и на организации, борещи се срещу биотехнологиите. Нито едно научно издание. В сайта на Института Крейг Вентър няма информация – търсачката им не намира нищо в архива им с ключ "BP", "Gulf of Mexico" или "Synthia", сързано със случая. Най-вероятно институтът въобще да не е участвал с никаква изяждаща нефта бактерия – създадената от него бактерия е на базата на Mycoplasma genitalium, която е облигатен организъм – не би могла да оцелее извън гостоприемник.
В природата има вече бактерии и микроби, които могат "да ядат" петрол и едва ли петролната компания ще се изръси за специална изкуствена бактерия, след като има готови щамове. Ето статия в Scientific American : Slick Solution: How Microbes Will Clean Up the Deepwater Horizon Oil Spill
И друго – показаните снимки на "ухапани" от Синтия хора, най-вероятно страдат от инфекция Vibrio vulnificus, бактерия, която живее в топлите води на залива. Тези бактерии могат да навлизат в организма през отворени рани, докато хората плуват или газят в заразени води. Между 1988 г. и 2006 г., са описани 900 случая. Инфекцията е тежка – симптомите включват повръщане, диария , коремна болка и ужасни мехури по кожата – смъртността е около 33%.
Има много спекулации и страх около бума на синтетичната биология и много от страховете са оправдани. Биотехнологиите имат огромен потенциал, но могат да бъдат страшно оръжие в ръцете на неблагонамерени хора
Още за успехите в синтетината биология и генното инженерство, както и за въпросите и проблемите около тях, може да прочетете в Хроника на синтетичната биология.
За автора
