Minggu lalu, sekumpulan 150 pakar yang dijemput berkumpul di Harvard. Di sebalik pintu tertutup, mereka membincangkan prospek untuk merancang dan membangun seluruh genom manusia dari awal, hanya menggunakan komputer, synthesizer DNA dan bahan mentah. Genom buatan kemudiannya akan dimasukkan ke dalam sel manusia yang hidup untuk menggantikan DNA semula jadi. Harapannya ialah sel akan "menghidupkan semula", mengubah proses biologinya untuk berfungsi berdasarkan petunjuk yang diberikan oleh DNA tiruan.
Dengan kata lain, kita mungkin akan melihat "sel manusia buatan" yang pertama.
Tetapi tujuannya bukan sekadar mencipta Human 2.0. Melalui projek ini, HGP-Write: Menguji Genom Sintetik Besar di Sel, para saintis berharap dapat mengembangkan alat inovatif dan kuat yang akan mendorong biologi sintetik ke arah pertumbuhan eksponensial pada skala industri. Sekiranya berjaya, kita bukan sahaja memperoleh alat biologi untuk merancang manusia sebagai spesies: kita akan dapat membuat semula dunia hidup.
Penciptaan kehidupan
Biologi sintetik pada dasarnya adalah perkahwinan antara prinsip kejuruteraan dan bioteknologi. Sedangkan penjujukan DNA adalah mengenai membaca DNA, kejuruteraan genetik adalah mengenai penyuntingan DNA, dan biologi sintetik adalah mengenai pengaturcaraan DNA baru, tanpa mengira sumber asalnya, untuk membuat bentuk kehidupan baru.
Ahli biologi sintetik melihat DNA dan gen sebagai blok bangunan biologi standard yang dapat digunakan sesuka hati untuk membuat dan mengubah sel hidup.
Video promosi:
Terdapat konsep pereka di kawasan ini, kata Dr Jay Keesling, perintis kejuruteraan sintetik di University of California, Berkeley. "Apabila cakera keras anda mati, anda boleh pergi ke kedai komputer terdekat, beli yang baru, ganti yang lama," katanya. "Mengapa kita tidak menggunakan bahagian biologi dengan cara yang sama?"
Untuk mempercepat kemajuan di bidang ini, Kisling dan rakan-rakannya mengumpulkan pangkalan data kepingan DNA standard - disebut BioBricks ("biobricks"). Ia dapat digunakan sebagai potongan teka-teki untuk mengumpulkan bahan genetik yang belum pernah dilihat sebelumnya di alam semula jadi.
Bagi Kisling dan yang lain di lapangan, biologi sintetik seperti mengembangkan bahasa pengaturcaraan baru. Sel adalah perkakasan, perkakasan, sementara DNA adalah perisian yang membuatnya berfungsi. Dengan pengetahuan yang cukup mengenai bagaimana gen berfungsi, ahli biologi sintetik berharap dapat menulis program genetik dari awal, mencipta organisma baru, mengubah alam semula jadi, dan bahkan mengarahkan evolusi manusia ke arah yang baru.
Sama seperti kejuruteraan genetik, biologi sintetik memberi peluang kepada para saintis untuk bereksperimen dengan DNA semula jadi. Perbezaan Skala: Penyuntingan gen adalah proses potong / tampal yang menambah gen baru atau menukar huruf pada gen yang ada. Kadang-kadang ia tidak banyak berubah.
Biologi sintetik, sebaliknya, mencipta gen dari awal. Ini memberi para saintis lebih banyak fleksibiliti untuk mengubah gen yang diketahui atau bahkan membuat gen mereka sendiri. Kemungkinannya hampir tidak berkesudahan.
Bioperubatan, biofuel, bio-tanaman
Ledakan biologi sintetik sejak sepuluh tahun kebelakangan ini telah menghasilkan hasil yang memikat para saintis dan syarikat. Kembali pada tahun 2003, Keesling menerbitkan salah satu kajian pertama untuk membuktikan dan menunjukkan kekuatan pendekatan ini. Ia menumpukan pada bahan kimia yang disebut artemisinin, ubat anti-malaria yang kuat yang diekstrak dari wormwood manis (wormwood).
Walaupun terdapat banyak usaha untuk menanam tanaman ini, hasilnya tetap rendah.
Kisling menyedari bahawa biologi sintetik menawarkan cara untuk melewati proses penuaian sama sekali. Dengan memperkenalkan gen yang diperlukan ke dalam sel bakteria, dia berpendapat, anda boleh mengubah sel-sel ini menjadi mesin untuk menghasilkan artemisinin dan memberikan sumber ubat baru dengan banyak perbelanjaan.
Perkara ini sangat sukar dilakukan. Para saintis perlu membina jalur metabolik yang baru di dalam sel, yang membolehkannya memproses bahan kimia yang tidak diketahui sebelumnya. Melalui percubaan dan kesilapan, para saintis mengumpulkan puluhan gen dari pelbagai organisma ke dalam satu paket DNA. Dengan memasukkan beg ini ke dalam E. coli - bakteria E. coli biasanya digunakan di makmal untuk membuat bahan kimia - mereka mencipta jalan baru bagi bakteria untuk mengeluarkan artemisinin.
Dengan mengetatkan kacang yang diperlukan sedikit lagi, Kisling dan pasukannya berjaya meningkatkan pengeluaran sejuta kali dan mengurangkan harga ubat itu sepuluh kali ganda.
Artemisinin adalah langkah pertama dalam program besar. Ubat ini adalah hidrokarbon yang tergolong dalam keluarga molekul yang biasa digunakan untuk membuat biofuel. Mengapa tidak menggunakan proses yang sama untuk pengeluaran biofuel? Dengan menggantikan gen yang digunakan bakteria untuk membuat artemisinin dengan gen untuk menghasilkan hidrokarbon biofuel, para saintis telah membuat banyak mikroba yang mengubah gula menjadi bahan bakar.
Industri pertanian adalah industri lain yang dapat memperoleh manfaat yang besar dari biologi sintetik. Secara teori, kita dapat mengambil gen yang bertanggungjawab untuk fiksasi nitrogen dalam bakteria, memasukkannya ke dalam sel budaya kita, dan membalikkan sepenuhnya proses pertumbuhan semula jadi mereka. Dengan gabungan gen yang tepat, kita dapat menanam tanaman dengan spektrum nutrien penuh yang memerlukan lebih sedikit air, tanah, tenaga dan baja.
Biologi sintetik dapat digunakan untuk pengeluaran makanan yang sama sekali baru, seperti wangian melalui fermentasi ragi atau keju vegan yang diubahsuai dan produk tenusu lain yang dibuat tanpa bantuan haiwan.
"Kita perlu mengurangkan pelepasan karbon dan pencemar, menggunakan lebih sedikit tanah dan air, mengawal perosak dan meningkatkan kesuburan tanah," kata Dr Pamela Ronald, seorang profesor di University of California, Davis. Biologi sintetik dapat memberi kita alat yang kita perlukan.
Menciptakan semula kehidupan
Berlatih di samping! Salah satu tujuan utama biologi sintetik adalah untuk mewujudkan organisma sintetik yang dibuat secara eksklusif dari DNA yang direka khas.
Halangan utama sekarang ialah teknologi. Sintesis DNA pada masa ini sangat mahal, lambat dan terdedah kepada kesilapan. Sebilangan besar kaedah yang ada memungkinkan untuk membuat helai DNA sepanjang 200 huruf; gen normal sepuluh kali lebih lama. Genom manusia mengandungi kira-kira 20,000 gen yang menghasilkan protein. Tetapi kos sintesis DNA telah menurun dengan cepat dalam dekad yang lalu.
Menurut Dr Drew Andy, seorang ahli genetik di Universiti Stanford, kos penjujukan satu huruf telah menurun dari $ 4 pada tahun 2003 kepada 3 sen hari ini. Anggaran kos mencetak semua 3 bilion huruf genom manusia hari ini adalah $ 90 juta, tetapi dijangka turun menjadi $ 100,000 selama 20 tahun jika trendnya tetap sama.
Pada tahun 90-an, Craig Venter, yang terkenal dengan peranan utamanya dalam mengurutkan genom manusia, mula mencari set minimum gen yang diperlukan untuk mencipta kehidupan. Bersama dengan rakan sekerja di Institut Penyelidikan Genom, Venter mengeluarkan gen dari bakteria Mycoplasma genitalium untuk mengenal pasti yang penting bagi kehidupan.
Pada tahun 2008, Venter mengumpulkan "gen kritikal" ini dan mengumpulkan genom "minimum" baru dari kaldu bahan kimia menggunakan sintesis DNA.
Beberapa tahun kemudian, Venter memindahkan genom tiruan ke dalam bakteria kedua. Gen itu berakar dan "menghidupkan semula" sel, memungkinkannya tumbuh dan membiak sendiri - ia adalah organisma pertama dengan genom buatan sepenuhnya.
Dari bakteria hingga manusia
Sekiranya usaha baru mendapat dana, ia akan meniru eksperimen Venter menggunakan genom kita sendiri. Memandangkan genom manusia kira-kira 5,000 kali lebih besar daripada bakteria Venter, sukar untuk mengatakan betapa sukarnya sintesis ini.
Walaupun semuanya gagal, industri ini akan memperoleh pengalaman berharga. Menurut Dr George Church, ahli genetik utama di Harvard School of Medicine, projek ini dapat membuka kemajuan teknologi yang akan meningkatkan kemampuan kita sendiri untuk mensintesis helai DNA yang panjang. Gereja bahkan menekankan bahawa tujuan utama projek ini adalah pengembangan teknologi.
Walau bagaimanapun, pertemuan para saintis menimbulkan banyak keraguan. Bagaimanapun, projek ini suatu hari nanti dapat membawa kepada penciptaan "bayi pereka" atau bahkan manusia. Ibu bapa orang-orang seperti itu boleh menjadi komputer. Sangat mudah untuk membayangkan masa depan seperti itu, tetapi menakutkan: Sejauh mana selamatnya memanipulasi atau mencipta kehidupan secara langsung? Siapa yang akan memiliki teknologi ini? Apa yang harus dilakukan dengan kehidupan yang tidak berjaya? Tidakkah semua ini akan menimbulkan diskriminasi dan ketaksamaan?
ILYA KHEL
