Geta erfðabreyttar lífverur bjargað heiminum?

Að mannkyninu steðja margar ógnir.  Á jörðinni búa rúmlega 7 milljarðar manns, okkur fjölgar hratt, og því fylgir mikið álag á náttúruna og auðlindir. Eldsneyti unnið úr olíu og kolum mun ekki endast að eilífu. Einnig fylgja lífstíl okkar og fjöldanum umtalsverð mengun (útblástur, rusl, skólp og eiturefni).

Við eigum nokkra kosti í stöðunni.

• Einn er sá að stinga höfðinu í sandinn, t.d. einbeita okkur að dægurþrasi (Bieber, golfi, bretadrottningu eða kóktappasöfnun)*.
• Annar kostur er að leggjast á bæn.
• Sá þriðji er að vona að einhver annar leysi vandann.
• Sá fjórði er að beita vísindum og tækni til að skilja vandamálin og finna lausnir á þeim.

Ég kann að vera gamaldags, en hallast að síðast talda kostinum. Ég er einnig erfðafræðingur, og hef mikinn áhuga á breytileika í genum, kynbótum, ræktun og erfðatækni.  Erfðatæknin er ung fræðigrein, sem nýtir sér örverufræði, lífefnafræði og sameindaerfðafræði. Hún kemur í nokkrum tilbrigðum, en algengast er að um sé að ræða einangrun á ákveðnum genum sem síðan eru flutt inn í lífverur. 

Erfðatækni tuttugustu aldar

Fyrst voru gen einangruð úr veirum og bakteríum, sett inn í svokallaðar ferjur og fluttar inn í gerla (t.d. Eschericia coli: kólígerilinn). Nú til dags er hægt að einagra gen úr næstum öllum lífverum, og flytja inn í gerla, sveppi, plöntur og nokkrar dýrategundir. Tilgangurinn er misjafn, en mest áhersla hefur verið á að kanna virkni gena og ákveðna líffræði (t.d. þroskun eða atferli). Einnig hefur erfðatæknin verið notuð til að framleiða lífefni, þá sérstaklega prótín fyrir læknisfræði (t.d. insúlín eða vaxtarhormón). Einnig hefur erfðatækni verið beitt í kynbótum nytjaplantna, en ekki verður farið í þá sálma hér.

Venter og erfðamengjaöldin

Craig Venter einn litríkasti líffræðingur samtímans hefur það markmið að búa til lífverur sem nýtast í iðnaði og til að berjast við áskoranir framtíðarinnar. Hann öðlaðst frægð sína á síðasta áratug, fyrst með því að leiða The Institute for Genome Research (TiGR - borið fram Tiger) og síðan með starfi sínu hjá Celera. Celera var einkafyrirtæki sem fór í kapp við hið opinbera (í USA, UK, Canada, Japan og fleiri landa) um að raðgreina erfðamengi mannsins (10 ára erfðamengi), ekki síst fyrir tilstuðlan Venters sem er alger túrbína. Hugmyndin var að raðgreina erfðamengi mannsins og þannig ýta undir framfarir í læknisfræði og líffræði. Þær hafa orðið umtalsverðar í líffræði, en þótt því hafi verið lofað að erfðamengið myndi umbylta læknisfræði, hefur lítið orðið úr efndum. E.t.v. er það þess vegna sem Venter skipti um kúrs og fór að einbeita sér að fjölbreytileika lífheimsins. Hann vinnur að tveimur stórum verkefnum.

Erfðamengi umhverfisins

Eitt þeirra miðar að því að raðgreina sem flestar lífverur, sem leiddi hann og félaga út í þanghafið (Sargasso sea). Fólk á dalli á vegum Venters sigldi þar í marga mánuði, sigtaði sjó og raðgreindi erfðaefni sem einangraðist úr honum (MicrobeWiki).

Mynd af vef MicrobeWiki: The Sargasso Sea Windows to the Universe team. Sargasso Sea. Boulder, CO: ©2000-04 University Corporation of Atmospheric Research (UCAR), ©1995-1999, 2000 The Regents of the University of Michigan,1994. Online. Available: http://www.windows.ucar.edu 

Aðalatriðið er það að lífheimurinn er gríðarlega fjölbreytilegur. Við þekkjum nokkrar miljónir tegunda, plantna, sveppa og dýra (aðallega bjöllur!). En samt höfum við bara lýst hluta þeirra tegunda sem lifir á jörðinni. Margar örverur er ekki hægt að rækta og rannsaka með hefðbundnum aðferðum, og þá er gripið til þess að raðgreina bara DNA í ákveðnu sýni (úr Þanghafinu, maga sjúklings, gíg Grímsvatna eða af steinum í hlíðum Everest fjalls). 

Hermilíf

Hitt stóra verkefni Venters er hermilíf (synthetic biology). Hugmyndin er að setja saman lífverur með æskilegum eiginleikum, með því að raða inní erfðaefni þeirra genum sem gefa þeim t.d. ákveðna efnaskiptahæfni. Árið 2010 var tilkynnt að Venter og félagar hefðu smíðað litning heillar bakteríu í tilraunaglasti (Ekta gervi), og komið honum fyrir inn í DNA-snauðri frumu. Og fruman lifði, skipti sér og allt gekk vel. Þetta var fyrsta skrefið í átt að hermilífi, þar sem hægt væri að hanna litninga, skeyta inn genum, fella út gen og leiðrétta gölluð gen.

Nú stefna Venter og félagar, m.a. nóbelsverðlaunahafinn Hamilton Smith (1978 fyrir skerðiensím) og Clive A Hutchison III sameindalíffræðingur, að því að búa til minnsta lífvænlega erfðamengi. Þeir báru saman erfðamengi margra örvera og fundið sameiginlegt sett gena, sem þeir spá fyrir um að sé minnsta mögulega mengi gena sem lífvera þurfi til að lifa af. Þeir eru að reyna að hanna lífveru með slíkt genasett, og búa hana til. Svara þarf fjölmörgum spurningum og yfirstíga marga þröskulda til að það geti tekist (sumir þeirra virðast mér óyfirstíganlegir). En ímyndið ykkur símtalið, "Kæri forseti Obama, við höfum skapað líf". 

Erfðatækni framtíðar

Hugmyndin sem rekur Venter áfram er sú að vandamál heimsins verði ekki leyst með hefðbundum lausnum og hefðbundnum landbúnaði. Hann segir í viðtali við NY Times:

Agriculture as we know it needs to disappear, .... We can design better and healthier proteins than we get from nature.

If you can produce the key ingredients with 10 or 100 times the efficiency, .... that’s a better use of land and resources.

Með erfðatækni  er hægt að gera hluti sem tekur mjög langan tíma með hefðbundinni ræktun, eða jafnvel óhefðbundinni ræktun á örverum. Þrautin er alltaf sú sama, að finna rétta samsetningu gena og genaafbrigða fyrir það vandamál sem fyrir liggur. Viljum við búa til fitusnautt svín, eða örveru sem lifir á plasti, prótín sem ræðst á krabbamein eða örverur sem framleiða fjölómettaðar fitusýrur?

Á þessari stundu er ómögulegt að spá fyrir um hvaða möguleikar eru raunhæfir, heppilegir, eða hagkvæmir. Frumkvöðlar eins og Craig Venter halda samt áfram að setja markið hátt, skilgreina spurningar, hanna lausnir og vinna í að framkvæma þær. Ég veit að sumir hræðast erfðatækni og þá líklega líka hermilíf, en held einnig að þegar fólk kynnist tækninni betur, nýtir sér afurðirnar og sér möguleikana þá muni samfélagið taka henni betur. 

Ítarefni og athugasemdir

Grein þessi var innblásin að miklu leyti af grein um Craig Venter í New York Times Magazine, Craig Venter’s Bugs Might Save the World - rituð af WIL S. HYLTON, birt 30. maí 2012.

Guðmundur Eggertsson, 2000 Vísindavefurinn: Hvernig eru gen flutt milli lífvera, óháð skyldleika ...

Guðmundur Eggertsson, 2003 Vísindavefurinn: Hver er opinber skilgreining á líftækni?

Þuríður Þorbjarnardóttir. „Hvernig virkar vaxtarhormón?“. Vísindavefurinn 7.11.2006. http://visindavefur.is/?id=6364. (Skoðað 5.6.2012).

Ian Sample í The Guardian 20 maí 2010 - Craig Venter creates synthetic life form og grein okkar um sama efni Ekta gervi

 *Þessi listi var bara með dæmum um það sem fólk veitir oft meiri tíma, fé og tilfinningum í, en alvöru vandamálum. Þar að auki hef ég andstyggð á kóngafólki.

Grundvallar misskilningur sköpunarsinna

PZ Myers (www.pharyngula.com) var rétt að ljúka við stórgóðan fyrirlestur um sögu amerískra sköpunarsinna og skyldra hreyfinga. Hann var ljómandi góður fyrirlesari, skýr og byggði erindið ágætlega upp.

Fjallað var stuttlega um grundvallarmun á milli afstöðu vísinda og trúarbragða. Visindi bera tilgátur við staðreyndir og byggja þannig upp þekkingu. Trúarbrögð byggjast á öðrum forsendum, eins og t.d. þeim að helgir textar hafi bókstaflega merkingu. [leiðrétting, orðið bókstaflega vantaði í fyrstu útgáfu pistils, takk Mofi fyrir ábendinguna]

Það sorglega við sögu sköpunarhreyfingarinnar er hversu ung hún er og hversu, að því er virðist skynsamir trúaðir menn voru fyrir 100 og 200 árum. 

Altént, ég þarf að skrifa umsókn í Rannís og má í raun ekki vera að þessu. En samt fæ ég tækifæri á morgun til að heyra meira um sköpunarsinnana, því Myers mun halda erindi um grundvallar misskilning þeirra (The foundational follies of creationism). Í stofu 131 í Öskju, kl. 12:30. Ágrip erindis:

We often focus on the wacky things creationists claim, and how they're so terribly wrong about biology and geology and physics. This is the phenomenology of creationism, and amusing as it is, it doesn't address the core misconceptions, which are both subtler and more profound than, for instance, getting the age of the earth wrong. We cannot properly address the problem of creationism until we recognize that at its heart it represents a complete misunderstanding about how science works, and that it relies on basic human psychological desires. I'll try to summarize these deeper misunderstandings, and will suggest that maybe the answer will not come from hammering more biology into their heads, but from a greater appreciation of history and philosophy.

Siðmennt flutti Myers til landsins, en þessi fyrirlestur er einnig styrktur af Líffræðifélagi Íslands og Líf og umhverfisvísindadeild HÍ. www.sidmennt.is

Aðgangur er ókeypis en vinsamlegast er óskað eftir framlögum í ferðasjóð Siðmenntar, sem borgar flug PZ. Myers til landsins og mest allan annan kostnað.