Nye teknologier gør biologi til en ingeniørdisciplin

Nye teknologier gør biologi til en ingeniørdisciplin

SYNTESEBIOLOGI: Forskerne kan nu trylle nye organismer frem på computeren og giver dermed naturlig selektion baghjul. Men hvad betyder det at kunne skabe sin egen natur?

For seks år siden bragte det store overskrifter med sig, da den amerikanske genetiker Craig Venter tryllede fire flasker kemikalier om til en ny bakterieart.

Det blev kaldt ‘verdens første syntetiske livsform’, at Craig Venters gruppe havde bygget et kromosom på en computer, ‘3D-printet’ baseparrene med nukleinsyre og samlet det i gær. Herefter blev det sat ind i en bakterie, som dermed blev transformeret til en helt ny bakterieart, der kunne kopiere sig selv.

»Det er den første selvkopierende bakterie, der har en computer som forælder,« sagde Craig Venter på et pressemøde om bedriften.

Læs også: DTU vil kode kroppens celler om til levende piller

Og den amerikanske forsker har ikke ligget på den lade side efterfølgende. Senest fortalte han i marts i år, at han havde fjernet over halvdelen af generne fra bakterien Myco­plasma mycoides. På den måde demonstrerede han, hvad han kalder ‘den simpleste form for kunstigt liv’.

»Det er den ægte vare og nøglen til hardcore syntesebiologi, hvor man redesigner den genetiske kode. Vi har længe kunnet ombygge organismer, men at kunne gøre det så systematisk og bestille brikkerne over nettet, uden at det er et større projekt, er en ny tanke,« siger Uffe Hasbro Mortensen, professor på DTU Bioengineering.

Læs også: Rumbiolog: Bakterier skal hjælpe astronauter med at leve på Mars

»Kernen er, at man hurtigt optimerer en celle frem for langsomt at mutere den. Man får så at sige en ren tavle at bygge på,« siger han.

Helt nye kort på hånden

Og siden er det gået stærkt i laboratorierne i hele verden. For selv om mennesket nok altid har blandet sig i naturens spilleregler ved hjælp af planteforædling, avlsprogrammer og sprøjtemidler, så har vi med syntesebiologi – og andre teknologier som gensaksen Crispr/Cas9, gensekventering og ‘print’ af dna – fået helt enestående nye kort på hånden til selv at planlægge den fremtid, vi skal leve i.

Læs også: Gen-redigeret gris kan levere organer til mennesker

Det fortæller professor og vicedirektør på DTU Compute, Jan Madsen. Han forsker i algoritmer, som fra en abstrakt beskrivelse af den opførsel, man ønsker, en given organisme skal have, kan finde og sammensætte de dna-komponenter, som giver den bedst mulige løsning.

»Når vi programmerer en computer, som jo kun forstår de binære tal 0 og 1, så gør vi det ikke ved at skrive sekvenser af millioner af nuller og et-taller. Vi skriver programmet i et højniveausprog som C, C++ eller Java, som en compiler så omsætter til en optimeret sekvens af nuller og et-taller. På samme måde ønsker vi at programmere levende organismer ved at udvikle en compiler, der kan omsætte et højniveausprog til optimerede sekvenser af dna-baserne A, T, C og G, som så kan sendes til ‘print’ via nettet,« siger Jan Madsen og fortsætter:

»Vi laver så at sige biologien om til en ingeniørdisciplin, hvor vi krydrer biologi og genetik med computer science og matematisk modellering.«

Ideen er, at efterhånden som kataloget af gensekventerede organismer vokser og vokser, vil forskerne kunne bruge dna som komponenter til at bygge præcis de organismer, de har brug for, og som ikke findes i naturen i dag.

Læs også: Nu kommer de første menneskefostre med redigerede gener

Jan Madsen ser f.eks. utallige muligheder, når det kommer til miljøområdet, hvor man f.eks. allerede har manipuleret alger til at producere petroleum ved at indsætte ekstra gener. Men hvor forskerne tidligere i langt højere grad har måttet prøve sig langsomt frem og arbejde sig igennem måske tusindvis af gener og organismer, kan en computer snart gøre det tunge arbejde på forhånd.

»En ingeniør bygger heller ikke 1.000 nye broer og ser, hvilken der holder bedst. Det bliver gjort på en computer, og så bliver der bygget én bro. Det er det samme, vi gør her – vi sætter komponenterne sammen på computeren og ser, hvad der virker mest robust,« siger Jan Madsen.

Læs også: Studerende vil udvikle kræftmedicin med magnetiske søbakterier

»I princippet kan vi genskabe alt, hvad naturen kan, og måske mere til. Træer gror af et lille frø, men der er ikke noget, der hindrer, at man kan få et frø til at gro et træhus. Mulighederne er ekstremt store,« siger han og understreger dermed en pointe, som også den fremtrædende amerikanske genetiker George Church har været inde på.

Nye spørgsmål til bioetikerne

Samtidig har bioetikerne fået nok at se til. For i hvilket omfang giver det mening at tale om syntesebiologi i computertermer?

Det har Sune Holm, lektor på institut for Medier, Erkendelse og Formidling på Københavns Universitet, funderet over. Han har fungeret som rådgiver for Det Etiske Råd i debatten om, hvad man kan tillade sig at gøre ved levende organismer.

»Det er en gammel diskussion, om man kan hævde, at organismer kan bygges op som maskiner. Langt hen ad vejen vil jeg dog sige ‘nej’, for levende organismer er ikke forudsigelige på samme måde, som maskiner er det. Men det har vist sig at være utroligt frugtbart at forstå organismer som en slags maskiner,« siger Sune Holm.

Læs også: Han vil gøre bakterier til proteinfabrikker for astronauter

Han understreger, at på trods af store fremskridt er der også en erkendelse af, at rationelt design af en kunstig organisme ‘from scratch’ nok ligger et godt stykke ude i fremtiden, men at diskussionen stadigvæk er relevant.

»Der, hvor det bliver rigtig interessant etisk, er i det felt, hvor man laver større forandringer og ikke ‘blot’ forædling eller genmodificering. Vi har set eksempler på, at man kan genskabe virus, og det giver debatten om, at hvis vi får så forfinede teknikker til at lave noget om, så vil det også være nemmere for nogle at lave dumme ting,« siger Sune Holm.

Kommentarer (1)

Selve det at sætte baserne sammen til en DNA sekvens er den nemme del, der hvor det egentlige problem ligger med denne teknologi er foldingen af det protein som DNAet koder for. Et codon (3 baser) koder for en aminosyre, så en DNA sekvens resulterer i en række aminosyrer, der kommer til at sidde som perler på en snor. Det virkelige problem er, at det kun er en sekvens det er meget svært at forudsige, hvordan 3D strukturen af proteinet bliver. Erfaringen med arveligesygdomme viser, at bare én forkert (eller manglende) aminosyre kan resultere i et protein, der virker meget dårligt eller slet ikke, så der hvor der umiddelbart stadig skal bruges mange resourcer er beregninger af, hvordan 3D struturen af proteinet bliver.

  • 0
  • 0