Започна проектът „Синтетичен човешки геном“

На 26 юни 2025 г. Wellcome trust – най-голямата медицинска благотворителна организация в света, съобщи, че отпуска 10 милиона паунда (13.7 милиона долара) за проект, посветен на синтетичния човешки геном. Проектът включва учени от университетите в Кеймбридж, Оксфорд, Импирийл колидж в Лондон, Кент и Манчестър. Ръководител е молекулярният биолог Джейсън Чин от Технологичния институт „Едисон“ и университета в Оксфорд.
Датата не е избрана случайно и съвпада с 25 години от завършването на първата фаза на един друг впечатляващ проект - „Човешки геном“, признат за най-амбициозната инициатива в света на биомедицината до момента, в чието финансиране Wellcome trust също взе участие.
На 26 юни 2000 г., по време на телемост между САЩ и Обединеното кралство, на който бяха съобщените първите резултати от „картографирането“ на човешкия геном, тогавашният американски президент Бил Клинтън развълнувано каза: „Човечеството изучава езика, на който Бог е създал живота“.
Проектът „Човешки геном“ ни помогна да разчетем (секвенираме) човешката ДНК, а проектът „Синтетичен човешки геном“ ще ни позволи да я „пишем“, т.е. да създадем части от нея, все по-големи блокове ДНК, а един ден може би цялата записана в генома ни информация. Това е различно от редактирането на гени, което включва значително по-малки промени в оригиналната ДНК молекула на организма.
Какво представлява този проект? Има ли причини за тревога и кои са основните предизвикателства пред учените? В следващите редове ще поговорим и за синтетичната биология въобще и за възможностите, които ни дава тя.
› Чували ли сте за синтетична биология
› Опитите за синтез на ДНК не са от вчера
› Духът е излязъл от бутилката
› Какво предвижда проектът "Синтетичен човешки геном"
Небето е граница!
Запазете спокойствие, няма предложение за създаване на синтетични хора. Съвременна версия на Франкенщайн не е планирана.
Целта на проекта „Синтетичен човешки геном“ е да научим повече за това как работи ДНК и да проправим пътя на следващо поколение лечебни подходи в медицината.
Какво ще кажете за конструиране на клетки, които са устойчиви на атака от страна на имунната система или недосегаеми за инфекция с определени вируси?
Въведени в увредени тъкани и органи, например в черен дроб поразен от хроничен вирусен хепатит или при пациенти с автоимунни заболявания, такива клетки „супер герои“ биха дали шанс за изцеление. Учените са категорични – знанията и уменията, които предстои да усъвършенстваме, може да се окажат полезни в борбата с почти всяко заболяване. И още, ще помогнат да постигнем една от целите на XXI век – да увеличим не само продължителността на живота, но и неговото качество, като изтрием драматичните болести и страдания, които днес помрачават дните на златната възраст.
Но с това списъкът с ползите за обществото далеч не се изчерпва. Работи се върху създаването на ДНК наноструктури, ДНК роботи, изграждане на малки компютри с помощта на ДНК...
ДНК роботите са наноразмерни устройства, изградени от ДНК молекули, предназначени да изпълняват специфични задачи на молекулно ниво. Те може да бъдат програмирани да се придвижват, да разпознават и разпределят молекули, да транспортират товари и да взаимодействат с клетки. ДНК компютрите използват ДНК молекули и молекулярнобиологични техники вместо традиционната, базирана на силиций електроника. Възползват се от способността на ДНК да съхранява огромни количества информация, както и възможността за едновременна обработка на данни чрез молекулни взаимодействия.
Има ли място за опасения?
Няма как да не си зададем този въпрос, защото монетата винаги има две страни. Достатъчно е да си припомним някои от постиженията на науката и технологиите. Разделянето на атома даде на света мощен източник на енергия, но и оръжия за масово унищожение с небивал размах. Дори интернет, който ни предостави безпрецедентен достъп до съкровищницата на цялото човешко познание, както и възможност да контактуваме с близките си и да бъдем част от събития в реално време навсякъде по света, се оказа и коварен източник на дезинформация.
Възможно ли е синтетичната ДНК да даде тласък на биологичните оръжия? А ако някой ден някой някъде реши да инвестира в създаване на подобрени хора или същества, които съдържат човешка ДНК? Идеята за проектиране на „дизайнерски бебета“, чиито характеристики са оформени изцяло според желанията на родителите им, отдавна е светнала предупредителна червена лампичка в съзнанието на учените. Дали на известни личности няма да им хрумне да започнат да лицензират части от генома си, за да позволят на почитателите си да копират гените им? Звучи като сюжет на научнофанатастичен филм, но със сигурност показва колко огромна е отговорността не само на учените и лекарите, а на цялото общество.
Впрочем, не е нужно да се предприемат чак такива драстични стъпки, за да се постигне нежелано въздействие. Неслучайно хората са казали, че пътят към ада често е покрит с добри намерения. Едва ли някой ще оспори колко добре би било, ако разполагаме с бактерии, които усвояват нефтопродукти. Да, те ще са полезни за разграждане на пластмасови отпадъци и почистване на нефтени изливи. С тях обаче трябва да се борави изключително внимателно, тъй като попадането им в околната среда може да е с катастрофални последици.
Споменахме „дизайнерски бебета“ и „купуване“ на гени. Нека отворим скоба и поясним, че наличието на една и съща генетична информация в различни индивиди не е гаранция, че резултатът задължително ще бъде един и същ. Защото освен записаното в ДНК (генетиката) значение има и това как тя се изявява (т.е. епигенетиката), а това зависи от редица фактори. Затова всеки един от нас е уникален и дори еднояйчните близнаци не са съвсем като получени чрез копи и пейст поради различна околна среда в утробата и условия след раждането.
Заговорихме се за синтетичен човешки геном, но какво представлява синтетичната биология въобще?
Чували ли сте за синтетична биология?
Според Европейския орган за безопасност на харните (EFSA) синтетичната биология e област от науката, която съчетава инженерство и биология с цел разработване на нови биологични системи и придаване на нови, предварително зададени характеристики на живите клетки.
Синтетичната биология излиза за пръв път „на сцената“ на науката през април 2000 г. на среща на Американското химично дружество в Сан Франциско. Представя я Ерик Кул – учен от университета „Станфорд“. Докладът му е завладяващ, но в този момент едва ли някой от присъстващите в залата, включително самият д-р Кул, са можели да си представят небивалия размах на изследванията в тази област, който ще последва. Днес към нея са насочени инвестиции в размер на милиарди долари. Първите резултати вече са налице – продукти на синтетичната биология започват да достигат пазарите, например под формата на усъвършенствани лекарства и синтетична паяжина.
Генетично модифицирани микроорганизми произвеждат белтъците на паяжината, които след това се преработват във влакна. Свойствата на получената по този начин паяжина (здравина и еластичност) не отстъпват на тези на естествената паяжина, а в някои случаи дори я превъзхожда. Синтетичната паяжина е подходяща за различни приложения, сред които облекло, медицински цели и дори аерокосмическо инженерство.
Синтетичната биология е оставила своя отпечатък и във фармацевтичната промишленост. Специално създадени микроорганизми се използват за извършване на ключови етапи от производството на едно от лекарствата за диабет тип 2. Става дума за Янувия (Januvia) – инхибитор на ензима дипептидил пептидаза 4, който намалява нивата на кръвната захар.
РНК ваксините срещу КОВИД-19 също са плод на синтетична биология. Съдържащият се в тях вирусен ген е разчетен и интересуващият ни участък от него е синтезиран. Това е една от причините, направили възможна бързата им поява.
Компания за хранителни продукти се опитва да получи мляко от дрожди, а не от крава. За целта гените, кодиращи 6 ключови белтъка на кравето мляко, са въведени в дрожди. Този подход позволява производството на мляко в търговски мащаб да изразходва по-малко от 1% от водата и по-малко от 5% от земята, които типичното млечно животновъдство използва, като в същото време отделя една трета от въглеродните емисии.
Други компании прилагат синтетична биология за конструиране на микроорганизми, които преобразуват уловени въглеродни емисии или битови отпадъци в ценни продукти – от горива до пластмаси и текстил.
На синтетичната биология разчитаме и за развитието на две сравнително нови области на познанието – ваксиномика и адверсомика. Ваксиномиката търси отговор на въпроса защо някои хора не успяват да изградят желания имунен отговор след поставяне на ваксина. Задачата на адверсомиката е да открие причините, обуславящи редките, но сериозни нежелани реакции, свързани с въвеждане на ваксина.
Опитите за синтез на ДНК не са от вчера
Те започват през 60те годни на ХХ век. Първият успех е синтезирането на гена, кодиращ транспортната РНК за аминокиселината аланин в дрожди. Постижението е на Хар Гобинд Корана и неговия екип, които синтезират в лабораторни условия този ген и доказват, че е функционално активен в живи клетки. Макар генът да е изграден от само 77 нуклеотида, синтезирането му отнема повече от пет години и е завършено през 1969-1970 г. Това е значителен пробив в молекулярната биология, проправил пътя за следващи стъпки в тази посока и допринесъл за изучаването на структурата и работата на гените.
Първият докладван синтезиран човешки ген е този за хормона соматостатин– събитие, за което списание „Science“ съобщава през 1977 г. Година по-късно идва новината за синтезиране на гена, кодиращ А веригата на човешкия инсулин.
Духът е излязъл от бутилката
Създаване на ДНК, включително човешка ДНК, е нещо, което учените правят от десетилетия. И тази синтетична ДНК е променила живота ни и продължава да спасява света. Пример са т.нар. праймери - кратки (15-30 нуклеотида) последователности от нуклеотиди (градивните единици на ДНК и РНК), необходими за провеждането на полимеразна верижна реакция (polymerase chain reaction, PCR) и отговорни за нейната висока специфичност. Отдавна не можем да си представим диагностиката не само на инфекциозните болести без тази реакция. Както знаем обаче, апетитът идва с яденето.
През 2002 г. учени в САЩ за пръв път синтезираха вирусен геном и насърчени от успеха специалистите започнаха да повишават сложността на геномите, които синтезират.
Вирусът, отговорен за испанския грип през 1918 г. (вирус на грип A H1N1), беше реконструиран и успешно възстановен в култивирани в лабораторни условия клетки в началото на нашия век. Това беше постигнато след извличане на вируса от консервирани проби - предимно белодробна тъкан, от хора, починали от грип по време на пандемията. Приложена беше т.нар. „обратна генетика“ за синтезиране на вирусната РНК (геномът на грипния вирус е РНК молекула) и реконструкция на вируса в лаборатория. Проведените проучвани предоставиха ценна информация за поведението на вируса и болестотворния му потенциал, помагайки ни да разберем причините, обуславящи опустошителната му сила и най-важното - как бихме могли да предотвратим бъдещи огнища. След приключване на изследванията реконструираният грипен вирус от 1918 г. е бил унишожен от съображения за сигурност.
През 2010 г. изследователи от института „Дж. Крейг Вентър“ успешно създадоха синтетична бактериална клетка (Mycoplasma mycoides, JCVI-syn1.0), чрез синтезиране на целия ? геном и последващото му въвеждане в клетка-реципиент. Това е първият път, когато е конструирана самовъзпроизвеждаща се синтетична клетка и отбеляза важен етап в синтетичната биология. Геномът на M. mycoides е с дължина 1.08 мегабази нуклеотидни (базови) двойки.
До 2019 г. учени от Кеймбридж синтезираха целия геном на бактерията Escherichia coli, който е с размер приблизително 4 милиона базови двойки (4 мегабази). Той използва само 61 кодона (поредица от три нуклеотида, определящи синтез на една аминокиселина) вместо обичайните 64 при естествено срещащия се геном на E. coli. Постижението е значимо, защото представлява първия път, когато е създаден жив организъм с напълно преработен и синтезиран геном с такъв размер.
2023 г. отбеляза нов рекорд – създаване на дрожди (Saccharomyces cerevisiae) с над 50% синтетичен геном.
Тези успехи вдъхновиха следващата дръзка крачка напред, към синтезирането на човешкия геном. Но човешкият геном е много по-голям и по-сложен!
Какво предвижда проектът „Синтетичен човешки геном“
През следващите 5 години учените се надяват да пресъздадат една единствена малка хромозома, представляваща около 2% от човешкия геном. Това са 50-60 милиона базови двойки нуклеотиди. След получаването й, синтетичната ДНК ще бъде въведена в култивирани в лабораторни условия клетки, за да се установи как работи. Можем да разберем как е устроено и как функционира нещо, само ако го изградим сами от нулата.
Човекът и досега е създавал хромозоми, но на едноклетъчни организми, каквито са дрождите. Те съдържат 12 милиона базови двойки нуклеотиди разпределени в 16 хромозоми. Изпълнението на задачата отне десетилетие усилена работа.
За сравнение, ние, хората, сме изградени от 30 трилиона клетки, геномът ни съдържа 3 милиарда базови двойки нуклеотиди и 46 хромозоми.
Специалистите допускат проектът „Синтетичен човешки геном“ да отнеме десетилетия и да струва от милиони до стотици милиони паунда. Да припомним, че разчитането на човешкия геном (проектът „Човешки геном“) струваше около 3 милиарда долара (2.2 милиарда паунда) и отне 13 години.
Предизвикателствата
Като всяко амбициозно и дръзко начинание, проектът „Синтетичен човешки геном“ е изправен пред редица предизвикателства.Ето някои от тях:
- Цената – няма как да знаем каква ще бъде крайната му цена, но във всички случаи се очаква да надхвърли първоначално вложените 10 милиона паунда.
- Синтезирането на частите от генома, кодиращи протеини, се очаква да бъде сравнително по-лесно. Човешката ДНК обаче включва голямо количество некодиращи области, т.е. ДНК, която не се използва директно за производство на белтък. Такива са 98-99% от включените в генома ни нуклеотидни последователности. В генома ни има много повтарящи се елементи, както и остатъци от вируси (около 8% от човешкия геном е представен от т.нар. ендогенни ретровируси).
- Грешките – колкото по-голяма е последователността, която ще бъде синтезирана, толкова повече са грешките, които ще възникнат и трябва да бъдат отстранени.
Да не забравяме, че всеки ген има регулаторен регион.
- Етичните предизвикателства също заслужават внимание. Ето защо специализирана програма по социални науки ще се изпълнява успоредно с научната част на проекта.
Векът на ДНК
Често определят ХХ век като „векът на атома“ – откритията във физичните и химичните свойства на елементите доведоха до пробиви, сред които използване на атомна енергия, усъвършенстване на медицинската диагностика, създаване на компютри, микрочипове и много други постижения.
Очаква се XXI столетие да бъде „векът на ДНК“. Той започна с разчитането на човешкия геном или „книгата на живота“, съдържаща цялата информация за това кои сме ние. Способността ни да четем (разчитаме, секвенираме) ДНК в момента е значително по-добра от тази да я „пишем“, т.е. синтезираме. Съвсем естествено е науката да се опита да попълни този пропуск.
Най-важното обаче е всички ние да се постараем да превърнем столетието, в което живеем, във време на мъдрост и разбирателство, да изписваме дните му с отговорност към себе си и света, с много любов и сбъднати мечти.
Използвана литература:
- https://wellcome.org/news/researchers-take-first-steps-creating-synthetic-human-genomes
- Aldulijan I et al. Functional Synthetic Biology. Synth Biol (Oxf). 2023, 8(1):ysad006. doi: 10.1093/synbio/ysad006.
- Bourzac K. Engineered yeast breaks new record: a genome with over 50% synthetic DNA. Nature, 2023, doi: 10.1038/d41586-023-03495-4.
- Fredens, J. et al. Total synthesis of Escherichia coli with a recoded genome. Nature, 2019, 569, 514–518. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1192-5
- Itakura K. Expression in Escherichia coli of a chemically synthesized gene for the hormone somatostatin. Science, 1977, 198(4321), 1056-63. doi: 10.1126/science.412251.
- Sleator RD. The story of Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0: the forty million dollar microbe. Bioeng Bugs., 2010, 1(4), 229-30. doi: 10.4161/bbug.1.4.12465.
- Taubenberger JK et al. Reconstruction of the 1918 influenza virus: unexpected rewards from the past. mBio, 2012, 3(5):e00201-12. doi: 10.1128/mBio.00201-12.
- Venter JC et al. Synthetic chromosomes, genomes, viruses, and cells. Cell, 2022, 185(15), 2708-2724. doi: 10.1016/j.cell.2022.06.046.
Продукти свързани с ПУБЛИКАЦИЯТА
ОЛЕКОТЕН СИНТЕТИЧЕН БИНТ 7.5 см. / 3.6 м
Б-МАКС ГЪБА ЗА БАНЯ ЛУКС БОРДО модел 22568
Б-МАКС ГЪБА ЗА БАНЯ ЛУКС ЛИЛАВА модел 22551
Б-МАКС ГЪБА ЗА БАНЯ ЛУКС СИНЯ модел 22544
ПУБЛИКАЦИЯТА е свързана към
- Стартира първият проект за създаване на синтетична човешка ДНК
- Полевата терапия може да лекува нелечими заболявания чрез кичур коса
- Генен допинг
- Генетични изследвания
- 10 любопитни здравни факта за секса
- Кафето брани нашето ДНК от увреждания
- Нова ера в медицината – лекарства според генетичния код на хората
- Исторически моменти от откриването и разгадаването на ДНК
- Терапия с технологията за генно редактиране Crispr-Cas9 блокира рядкото генетично заболяване ангиоедем
- Неандерталците са повече генетично свързани с неафриканци
Коментари към Започна проектът „Синтетичен човешки геном“