O reuşită extraordinară poate revoluţiona medicina: biologia sintetică face un pas fără precedent!

Într-unul dintre studiile nepublicate, cercetătorii au conceput un cromozom uman artificial în laborator pornind de la elementele chimice de bază (şi nu prin eliminarea elementelor unui cromozom uman existent), reuşită ce indică tehnologia tot mai puternică folosită în noul domeniu cunoscut sub numele de biologie sintetică.

Reuşita vine pe fondul unui anunţ făcut de guvernul britanic, care a dezvăluit că va investi zeci de milioane de lire sterline în cercetările efectuate în Marea Britanie în domeniul biologiei sintetice, unul din proiectele finanţate având ca obiectiv construirea tuturor celor 16 cromozomi individuali ai drojdiei, pentru a produce primul organism sintetic cu un genom complex.

• SpaceX va lansa pentru a șaptea oară racheta Starship
• Ucrainenii nu au „puterea” de a recupera zonele ocupate de Rusia, a recunoscut Zelenski

O drojdie sintetică cu cromozomi concepuţi de om ar putea fi, în cele din urmă, folosită drept o plaformă pentru producerea de noi materiale biologice, precum antibiotice şi vaccinuri, iar cromozomii umani artificiali ar putea fi folosiţi pentru a introduce copii sănătoase ale genelor în organele bolnave sau în ţesuturile oamenilor afectaţi de boli genetice, anunţă oamenii de ştiinţă,

Cercetătorii implicaţi în proiectul drojdiei sintetice au subliniat în cadrul unei întâlniri ce a avut loc la Londra în cursul acestei săptămâni că nu plănuiesc să construiască cromozomi umani şi să creeze celule umane sintetice. Oamenii de ştiinţă au spus că un astfel de proiect nu ar fi aprobat de autorităţile însărcinate cu evaluarea eticii cercetărilor.

Cu toate acestea, cercetătorii din SUA şi Japonia sunt deja într-o etapă avansată a producerii de „mini” cromozomi umani cunoscuţi sub numele de HAC (human artificial chromosomes), care sunt produşi fie prin eliminarea unor părţi dintr-un cromozom uman existent, fie prin conceperea lor „de novo”, în laborator, din elementele chimice de bază.

Natalay Kouprina de la US National Cancer Institute este unul din membrii echipei de cercetători ce a reuşit să producă şoareci modificaţi genetic pentru a avea un cromozom uman artificial în celulele lor. Este pentru prima dată când o asemenea formă avansată a unui cromozom uman sintetic conceput „de la zero” a fost folosită cu succes într-un animal, spune dr. Kouprina.

(Foto: Shutterstock.com)

„Scopul acestui proiect al cromozomului uman artificial este de a crea un vector care să ne permită să livrăm gene în celulele umane, pentru a studia funcţionarea acestora în celulele umane”, a explicat specialista pentru cotidianul britanic The Independent. „Acest lucru va deschide calea spre terapia genică, pentru corectarea genelor deficitare ale oameilor. Se ştie că există numeroase afecţiuni ereditare provocate de mutaţia anumitor gene”, a mai explicat Kouprina.

Biologia sintetică este caracterizată prin conceperea unor noi tipuri de forme de viaţă sau prin conceperea unor „aranjamente genetice” ce nu există în natură şi care au potenţialul să confere beneficii societăţii, fie în medicină, în producţie sau în monitorizarea mediului.

„Biologia sintetică are un potenţial uriaş. Se spune că ne va hrăni, ne va vindeca şi ne va alimenta. Marea Britanie poate fi un lider în acest domeniu”, a declarat David Willetts, ministrul britanic pentru ştiinţă şi universităţi, cu ocazia anunţului că guvernul britanic va cheltui 60 de milioane de lire sterline pentru a stimula dezvoltarea acestui domeniu.

„Biologia sintetică are un potenţial uriaş pentru economia noastră şi pentru societate, urmând să schimbe numeroase domenii, de la agricultură la ştiinţele naturii. Dar pentru a realiza acest potenţial este nevoie să ne asigurăm că cercetătorii şi companiile lucrează împreună”, a mai spus Willets.

Dr. Kouprina afirmă că HAC – cromozomii umani artificiali – sunt cunoscuţi şi sub denumirea de „cromozomul 47”, pentru că numărul obişnuit de cromozomi în celulele umane este de 46. Un mare avantaj în terapia genică va fi faptul că acest „cromozom 47” nu va interveni în activitatea celorlalţi 46 cromozomi, spre deosebire de terapia genică obişnuită, în care o genă suplimentară este introdusă de multe ori aleatoriu în genomul uman.

„Terapia genică obişnuită foloseşte vectori precum virusurile pentru a introduce gene în cromozomi, însă acest lucru poate provoca probleme care nu au loc atunci când sunt folosiţi cromozomi umani artificiali, deoarece aceştia nu interacţionează cu celelalte părţi ale genomului”, a explicat dr. Kouprina.

„Metoda funcţionează astfel: sunt prelevate celule epiteliale de la un pacient, sunt transformate în celule stem, iar în aceste celule stem sunt introduşi cromozomi umani artificiali ce conţin copii sănătoase ale genei afecţiunii. Aceste celule, cu cromozomul suplimentar, sunt ulterior introduse înapoi în pacient pentru a-i trata boala”, a explicat specialista.

„Desigur, mai avem multă muncă de realizat înainte să putem folosi HAC pentru a trata afecţiunile genetice. Însă potenţialul este clar, motiv pentru care acest domeniu este extrem de incitant în ceea ce priveşte explorarea ştiinţifică, beneficiile potenţiale fiind uriaşe”, a mai spus dr. Kouprina.

Paul Freemont de la Imperial College, unul din liderii proiectului drojdiei artificiale, afirmă că aceşti cromozomi umani artificiali produşi de oameni de ştiinţă precum dr. Kouprina sunt mult mai mici decât cromozomii umani naturali şi nu reprezintă tipul de cromozom sintetic planificat pentru proiectul drojdiei.

„Este o mare diferenţă între a modifica mici elemente ale cromozomului, pentru terapia genică, şi sinteza chimică completă a unui cromozom uman. Un astfel de proiect ar implica realizarea unui design la un nivel imposibil de atins folosind tehnicile standard de biologie moleculară”, explică specialistul.

„Din câte ştiu, nimeni nu sintetizează chimic un cromozom uman complet. Dacă am propune un astfel de proiect la Imperial College ar fi necesar să obţinem aprobări din partea panoului de etică”, a mai spus Freemont.

Proiectul de a construi 16 cromozomi artificiali ai drojdiei şi de a-i insera într-o celulă de drojdie goală ar reprezenta un pas extraordinar pentru ştiinţă. Ar fi pentru prima dată când un organism sintetic eucariot – cu un genom complex compus din cromozomi, spre deosebire de simple fâşii de gene ca în bacteriile procariote – este construit în laborator.

Drojdiile au fost folosite timp de mii de ani pentru a face pâine şi bere, explică dr. Freemont. „Acum avem oportunitate de a modifica drojdiile şi mai mult, transformându-le în gazde eficiente şi predictibile ce permit fabricarea de produse complexe necesare vieţii moderne”, a concluzionat specialistul.

Oamenii de ştiinţă afirmă că se aştepte să realizeze prima drojdie sintetică, cu toţi cei 16 cromozomi artificiali şi 6.000 de gene, până în 2018. Marea Britanie va construi cromozomul numărul 11, compus din aproximativ 700.000 de baze azotate.

Biologia sintetică: cei 60 de ani revoluţionari

1953: Biologul american James Watson şi fizicianul englez Francis Crick, lucrând împreună la Cambridge, reuşesc să dezvăluie structura de „elice dublă” a ADN-ului cu ajutorul lui Maurice Wilkins şi a lui Rosalind Franklin de la King’s College London.

1973: Stanley Cohen şi Herbert Boyer din SUA creează tehnica clonării ADN-ului, permiţând genelor să fie transplantate între specii biologice diferite. Folosind enzime de restricţie pentru a tăia ADN-ul în fragmente şi plasmide pentru a clona bucăţi de ADN, cei doi concep tehnologia ingineriei genetice.

1982: Este creat primul animal transgenic – un şoarece – prin transferarea genei de la un animal în ovulele fertilizate ale altui animal. Toate generaţiile ulterioare ale şoarecelui transgenic purtau gena suplimentară.

1983: Biochimistul Kary Mullis creează reacţia de polimerizare în lanţ (PCR – polymerase chain reaction). Aceasta permite oamenilor de ştiinţă să amplifice mici fragmente de ADN în cantităţi aproape nelimitate. Aceasta devine o tehnologie importantă pentru manipularea genelor.

1983: Este creată prima plantă modificată genetic, o plantă de tutun rezistentă la un antibiotic. Această reuşită avea să ducă la plantarea a milioane de hectare de culturi modificate genetic în toată lumea, din Brazilia până în China.

1983: Sunt creaţi şoareci cu gene umane. Aceşti şoareci transgenici devin baza modelelor animale pentru afecţiunile umane. 

2003: Este finalizată cartografierea genomului uman, oferind schiţa genetică completă a 23.000 de gene, o veritabilă „reţetă digitală” pentru Homo sapiens.

2008: Craig Venter anunţă realizarea primului organism sintetic, o bacterie intitulată „Mycoplasma laboratorium” sau „Synthia”, controlată de un singur cromozom, complet sintetic.

Craig Venter    

2013: Este anunţat un proiect internaţional ce are ca obiectiv crearea unei celule sintetice de drojdie cu 16 cromozomi creaţi de om.

Sursa: The Independent