Thursday, 30 April 2009

Δημιουργία ζωής στο εργαστήριο

Επιστήμονες τροποποιούν γονίδια των μικροοργανισμών για να δημιουργήσουν κάποιο νέο οργανισμό, και οι φήμες λένε ότι πιο κοντά στην γραμμή του τέρματος για την κατασκευή ενός οργανισμού στο εργαστήριο βρίσκεται η ερευνητική ομάδα του Craig Venter. Και φυσικά η προσπάθεια αυτή φέρνει πολλές ελπίδες και ερωτήματα.
Οι επιστήμονες στο ερευνητικό κέντρο Craig Venter Institute στοχεύουν να επεξεργαστούν ένα "ελάχιστο γονιδίωμα" - τη μικρότερη ομάδα γονιδίων που πρέπει να έχει ένας οργανισμός για να επιζήσει και να λειτουργήσει - και να το βάλουν μέσα σε ένα κενό κύτταρο. Photo Mycoplasma genitalium

Αυτό το ελάχιστο γονιδίωμα έχει επιτευχθεί με τη βοήθεια ενός απλού βακτηριδίου, του mycoplasma genitalium, που του αφαίρεσαν σταδιακά τα γονίδια του, ένα ένα, έως ότου βρέθηκε μόνο το γενετικό υλικό που ήταν όμως ζωτικής σημασίας για την επιβίωση του.

Το σχέδιο είναι να ανασυνθέσουν αυτή την αλυσίδα DNA με απλά χημικά μέσα - ουσίες, να τις ενώσουν μαζί και να δημιουργήσουν έναν τεχνητό οργανισμό. Μερικοί θεωρούν ότι η ερευνητική ομάδα μπορεί να είναι στο όριο για να το πετύχουν.

Η εργασία του Δρ Venter για τη συνθετική ζωή περιγράφεται από μερικούς σαν "μια από πάνω προς τα κάτω", που σημαίνει ότι παίρνει έναν υπάρχοντα οργανισμό και τον αλλάζει για να δημιουργήσει κάτι νέο.

Ο Drew Endy από το ΜΙΤ λέει σχετικά: "ο Venter δεν δημιουργεί τη ζωή από την αρχή. Κατασκευάζει ένα γονιδίωμα, το οποίο είναι λίγο πολύ ένα ελαφρώς τροποποιημένο αντίγραφο ενός υπάρχοντος γονιδιώματος, βάζοντας το έπειτα πίσω σε ένα υπάρχον κύτταρο."

BioBrickΟ Δρ Endy, ο οποίος εργάζεται πάνω στην κατασκευή BioBrick (τυποποιημένες δομικές μονάδες), τα οποία χρησιμοποιούνται για την «οικοδόμηση» μεγαλύτερων βιολογικών συστημάτων, δηλώνει πως το έργο του ρ Venter είναι ένα πρόγραμμα κατασκευής γονιδιώματος, ιδιαίτερα σημαντικό για την επιστημονική έρευνα.

Όμως, η δημιουργία ζωής από το μηδέν, δηλαδή από "κάτω προς τα πάνω" είναι μία πρόκληση, που ορισμένοι συνθετικοί βιολόγοι αποφάσισαν να μην την δεχτούν. Υποστηρίζουν, πως εάν μπορεί κάποιος να κατασκευάσει βιολογικά μέρη, τότε σύντομα θα πληρεί τα κριτήρια της δημιουργίας ζωής - καθώς θα υπάρχει μεταβολισμός, αναπαραγωγή και εξέλιξη.

Σύμφωνα με τον Άντονυ Φόστερ από το Πανεπιστημιακό Ιατρικό Κέντρο Βάντερμπιλτ του Τενεσί αναφέρει πως «υπάρχει μία μεγάλη συζήτηση για το πώς μπορεί να γίνει η σύνθεση της αυτό - αντιγραφής και της ζωής μέσα σ' ένα δοκιμαστικό σωλήνα, όμως κανείς δεν έχει ένα αναλυτικό σχέδιο για να το πραγματοποιήσει».

Ο καθηγητής Anthony Forster μαζί με τον George Church από την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ, δημιούργησαν το «αποτύπωμα» για ένα συνθετικό κύτταρο και καθόρισαν τα 151 γονίδια που πιστεύουν ότι χρειάζονται για να δημιουργήσουν ζωή.

Ο Anthony Forster, από το πανεπιστημιακό ιατρικό κέντρο στο Tennessee, λέει σχετικά: "Υπάρχει μια έντονη συζήτηση για το πώς να συνθέσετε αυτο-αναπαραγόμενη ζωή σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα, αλλά κανένας δεν είχε μέχρι τώρα πραγματικά ένα λεπτομερές σχέδιο για αυτό."

Η ομάδα τους είναι τώρα στο στάδιο της χρησιμοποίησης αυτού του 'αποτυπώματος' ή 'σχεδίου' για να ξεκινήσει να συναρμολογείται το πρότυπο κύτταρο τους.

Αλλά ποιοί είναι οι λόγοι για να δημιουργηθεί συνθετική ζωή;

Synthetic organisms might be able to help clear up oil spillsΟ Δρ Venter ελπίζει να τροποποιήσει τα γονίδια στο νέο οργανισμό του έτσι ώστε να μπορεί να καθαρίσει την ατμόσφαιρα από τα τα αέρια του θερμοκηπίου. Άλλοι στόχοι που βάζουν είναι ότι τέτοιοι οργανισμοί μπορεί να είναι σε θέση να καθαρίσουν τις θάλασσες από τις διαρροές του πετρελαίου ή την παραγωγή νέων πλαστικών.

Ο Giovanni Murtas, από το Κέντρο Enrico Fermi στο πανεπιστήμιο της Ρώμης, προγραμματίζει να δημιουργήσει ένα νέο τύπο ζωής για να εξετάσει το πιο θεμελιώδες ζήτημα της προέλευσης της ζωής.

"Δημιουργούμε αυτά τα ημι-συνθετικά ελάχιστα κύτταρα που μας θυμίζουν τα πρώιμα ζωντανά κύτταρα", τονίζει.

Μέχρι τώρα, η ομάδα του έχει φτιάξει επιτυχώς ένα σύστημα κυττάρων που μπορεί να συνθέσει πρωτεΐνες, που είναι σημαντικό για να επιδειχθεί ότι μπορεί να δημιουργηθεί ένας βασικός μεταβολισμός. Η αντιγραφή είναι το επόμενο βήμα, εξηγεί.

"Εάν θέλετε να καταλάβετε περισσότερα για το πώς οργανώθηκε η ζωή, τότε πρέπει να αναδημιουργήσετε τα κύρια βήματα για τη ζωή, και έτσι θα μπορείτε προφανώς να μάθετε κάτι νέο για τη ζωή με αυτή την προσέγγιση", λέει ο Δρ Murtas.

Εξάλλου, ο Ron Weiss από το πανεπιστήμιο Princeton, που εστιάζει στον προγραμματισμό των βιολογικών οργανισμών, πιστεύει ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να έχει και βιοϊατρικές εφαρμογές.

"Ένα πράγμα το οποίο προσπαθεί να κάνει ο άνθρωπος είναι να χρησιμοποιήσει αυτά τα κύτταρα σαν εργοστάσια, προκειμένου να δημιουργήσει φάρμακα ή να παράγει δομές", τόνισε ο Weiss.

Οι ομάδες που δουλεύουν με το σύστημα από πάνω προς τα κάτω καθώς από κάτω προς τα πάνω έχουν κάτι κοινό: μιμούνται ότι ήδη κάνει η φύση. Ωστόσο, ορισμένοι επιστήμονες προσπαθούν να επανασχεδιάσουν όσα σχεδίασε η φύση στη διαδικασία παραγωγής της ζωής.

RasmussenΈνας από αυτούς είναι και ο βιοφυσικός Steen Rasmussen από το Εθνικό Εργαστήριο στο Los Alamos.

Some are moving away from traditional cell structuresΗ ομάδα του και αυτός θεωρούνται ως τα κακά παιδιά της γειτονιάς. "Έχουμε απορρίψει τόσα πολλά απ' όσα κάνει η παραδοσιακή βιολογία. Πολλοί βιολόγοι μας βλέπουν ως αιρετικούς", δήλωσε ο καθηγητής Rasmussen. Ο ίδιος μελετά αν υπάρχουν τρόποι να χρησιμοποιηθούν απλούστερες δομές ως βάση για τους συνθετικούς οργανισμούς που δημιουργεί. Δημιουργεί ένα κύτταρο του οποίου τα βασικά μέρη, όπως τα γονίδια και τα χημικά του μεταβολισμού, είναι κολλημένα στην επιφάνειά του, αντί να βρίσκονται στο εσωτερικό του, όπως συμβαίνει κανονικά στο παραδοσιακό κύτταρο.

Ο ίδιος προσθέτει : "Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να ανταλλάξεις πηγές και σκουπίδια απευθείας με το περιβάλλον και αυτό απλοποιεί τα πράγματα σε πολύ μεγάλο βαθμό".

Οι συνθετικοί βιολόγοι εκτιμούν ότι αν και η ζωή που δημιουργείται από μία διαδικασία από πάνω προς τα κάτω μπορεί να είναι κοντά μέσα στα επόμενα πέντε με δέκα χρόνια, θα επιτευχθεί η δημιουργία ζωής από μηδενική βάση και όχι βάσει των υπαρχόντων μοντέλων.

"Η μεγαλύτερη πρόκληση δεν είναι η δημιουργία της ζωής, αλλά να γνωρίζεις ότι δημιούργησες ζωή - κάνοντας το πείραμα που σου λέει ξεκάθαρα ότι το κατάφερες", σημειώνει ο George Attard, από το πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον.

Τα 7 θεμέλια της ζωής

Τι είναι η ζωή; Αν δεχθούμε ότι το θεμελιώδες χαρακτηριστικό της είναι η ικανότητα της αναπαραγωγής, τότε ένα μεμονωμένο κουνέλι είναι νεκρό και δύο κουνέλια, ένα αρσενικό κι ένα θηλυκό, είναι ζωντανά όταν είναι μαζί, αλλά νεκρά αν τα δει κανείς καθένα χωριστά. Μπορεί, λοιπόν, να ξέρουμε καλά τι είναι ζωή, ο ορισμός της ωστόσο δεν είναι απλός

1. Το πρώτο θεμέλιο της ζωής είναι γι' αυτόν το πρόγραμμα: ένα οργανωμένο γενικό σχέδιο, το οποίο περιγράφει τα συστατικά του ζώντος συστήματος και τις αλληλεπιδράσεις τους που διαιωνίζουν το σύστημα αυτό - στoν πλανήτη μας, το πρόγραμμα αυτό εκτελείται από το DΝΑ.

2. Ως δεύτερο θεμέλιο ορίζει τον αυτοσχεδιασμό: καθώς ένα ζων σύστημα είναι ένα μικρό τμήμα του σύμπαντος στο οποίο υφίσταται, δεν μπορεί να ελέγχει όλες τις αλλαγές του περιβάλλοντος, στις οποίες είναι εκτεθειμένο, άρα πρέπει να έχει ένα σύστημα για να μπορεί να τροποποιεί το πρόγραμμά του, ώστε να αντιμετωπίζει τις αλλαγές στο περιβάλλον του, χωρίς να επηρεάζεται το γενικό σχέδιό του.

3. Το τρίτο θεμέλιο είναι ο διαχωρισμός: όλοι οι ζώντες οργανισμοί έχουν περιορισμένο όγκο, περιβάλλονται από μια επιφάνεια η οποία αποκαλείται μεμβράνη ή δέρμα και συγκρατεί τα συστατικά στον καθορισμένο όγκο του οργανισμού, ενώ εμποδίζει να διεισδύσουν επιβλαβείς χημικές ουσίες.

4. Το τέταρτο θεμέλιο της ζωής είναι η ενέργεια: ο ζων οργανισμός πρέπει να είναι ένα σύστημα ανοιχτό που να δέχεται ενέργεια από εξωτερικές πηγές όπως ο Ήλιος, αλλά και ένα σύστημα που να μεταβολίζει, ικανό να μετατρέψει την ενέργεια σε «καύσιμο» για τον οργανισμό.

5. Πέμπτο θεμέλιο είναι η αναγέννηση: ένα σύστημα που μεταβολίζει διαρκώς, φθείρεται και πρέπει να έχει ένα σύστημα για να αντισταθμίζει τις απώλειές του. Η φθορά και η επιβράδυνση του συστήματος αναγέννησης με το πέρασμα του χρόνου είναι αυτό που αποκαλούμε γήρανση.

6. Το έκτο θεμέλιο είναι η προσαρμοστικότητα: για παράδειγμα, ένας άνθρωπος που βάζει το χέρι του στη φωτιά πονάει, αλλά πρέπει να το βγάλει αμέσως για να αποφύγει το έγκαυμα. Αυτή η συμπεριφορική αντίδραση στον πόνο είναι ουσιώδης για την επιβίωση - πρόκειται για μια θεμελιώδη αντίδραση των ζώντων συστημάτων που ονομάζεται ανάδραση.

7. Τέλος, το έβδομο και τελευταίο θεμέλιο της ζωής είναι η απομόνωση: τα ένζυμα σε ένα σύστημα που μεταβολίζει, έχει ζωτική σημασία να μην αντιδρούν παρά μόνο με τα μόρια που πρέπει να αντιδράσουν και να μην παρενοχλούνται από συγκρούσεις με διάφορα μόρια που προέρχονται από άλλες αντιδράσεις.
Physics4u

No comments: