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.

Athugasemdir

[Jóhann (IP-tala skráð) 5.6.2012 kl. 18:58]

• 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 hló upphátt þegar ég sá þessa vísindalegu framsetningu.

Mikil er trú þín á vísindi, maður.

Móðir Jörð gerir miklu betur en að brauðfæða gjörvallt mannkyn. Það eru mennirnir sem klúðra málum.

 Þú ættir að bjóða uppá einn enn valkost, nefnilega þennan:

• leggjast á bæn og óska blessunar vísindamanna.

[Gummi Erlings (IP-tala skráð) 6.6.2012 kl. 01:03]

"Geta erfðabreyttar lífverur bjargað heiminum?"

Nei :) Ég skal svo rökræða það við þig yfir einum ánægjulegum kaffibolla...

[Björn (IP-tala skráð) 6.6.2012 kl. 09:01]

Er ekki stemning fyrir að verðlauna Jóhann fyrir best rökstudda komment internetsins hingað til?

[DoctorE (IP-tala skráð) 6.6.2012 kl. 10:18]

Það er ljóst að án þeirra mun lífið verða verra og erfiðara.

Hann Jóhann á að sleppa öllum vísindum, ekki fara til læknis ef hann veikist.. hann á að biðja til galdrapabba fornmanna.. Ó guddi gemmér heila

[Arnar, 6.6.2012 kl. 11:56]

Móðir Jörð gerir miklu betur en að brauðfæða gjörvallt mannkyn. Það eru mennirnir sem klúðra málum.

Hvernig þá.. með því að fjölga sér of mikið, nota of mikið af hráefnum, eyðileggja of mikið af landgæðum, borða of mikið og menga of mikið?

Annars skil ég ekki þessa fordóma gagnvart erfðabreytingu á matvælum.  Mannkyn hefur stundað markvissa kynbótaræktun í einhver hundruð ár, ómeðvitað jafnvel.  Erfðabreytingar er eiginlega bara næsta skrefið.

Fólk virðist halda að um leið og eitthvað er erfðabreytt þá breytist það samstundis í einhverskonar skrímsli sem hyggst á heimsyfirráð og útrýmingu mannkyns.

[Jóhann (IP-tala skráð) 6.6.2012 kl. 12:36]

Góðu, kynnið ykkur hversu mikið fer til spillis af mætvælum.

T.d hérlendis

[Benni (IP-tala skráð) 6.6.2012 kl. 16:41]

Ég held nú að það verði vísinda- og hergagnaiðnaðurinn sem eyði öllu lífi á jörðinni löngu áður en fæðuskortur fari að segja til sín. Annars er ekki fólk að svelta þó það sé meira en nóg fæða til. Eru ekki vísindamenn að vinna fyrir Monsanto, þrátt fyrir margsannaðar ásakanir á hendur þess fyrirtækis. Málið er að vísindamenn eru ekki ábyrgir fyrir kukli sínu, þar sem kappið er mest og forsjáin nánast engin. Vitið þið ekkert um Dr. Jekkil and Mr. Hyde. Pistillinn hér að framan mynnti mig á þá.

[Haraldur Rafn Ingvason, 6.6.2012 kl. 20:37]

Það sem er líklegast til að gera út af við okkur er heimska og græðgi. E.t.v. er hægt að gera eitthvað til að bregðast við heimskunni en græðgin virðist  hins vegar vera illviðráðanleg.

Takist ekki að vinna nokkurn bug á ofangreindum meinsemdum finnst mér líklegt að stofnstærð mannsins muni (innan nokkurra áratuga) leita jafnvægis á sama hátt og gerist með aðra ofvaxna stofna - hvað sem allri erfðatækni líður.



Takist hins vegar að breyta hugsunarhætti nógu stórs hluta stofnsins mun erfðatæknin koma að miklum notum. Hvert hún síðan leiðir er ógerningur að spá.

[Sigurður Antonsson, 6.6.2012 kl. 23:03]

Fjórir kostir og líklega allir nothæfir til að bjarga og viðhalda mannkyninu. Gott að líta til Bretadrottningar, því hún hefur sýnt þolgæði og úthald. Verið fyrirmynd og sýnt að hægt er að halda saman þegar þörf er á.

Mannfólkið er alltof reikult og villugjarnt. Tvær stórar heimstyrjaldir þurfti til að vesturlandabúar gætu upplifað lengsta friðartímabil síðustu alda. Náttúran sér um sína og þrátt fyrir ógnvænleg stríðstól eru margar lausnir í nánd. Kínverjar setja strangar reglur um barneignir og virðast getað framfylgt þeim. Eins og þeir viljum við taka mikið af náttúrunar gæðum og umbreyta. Ofneyslan er í sjálfu sér vandamál en græðgin breytir líka mörgu. Án hennar værum við ekki komnir jafn langt í erfðatækni og raun er á.

Tími risaeðla leið undir lok og ný þróun tók við. Aldrei áður hefur nein lífvera sem við vitum af náð að höndla eins margt og maðurinn. Í erfðatækni er mikill sköpunarmáttur en þá þarf staðfestu, úthald og vitsmuni til að vita hvert halda skal. Bænin hjálpar og auðmýkt er góð sagði endurskoðandinn minn, þegar engar lausnir eru í sjónmáli.

[Arnar Pálsson, 18.6.2012 kl. 12:22]

Jóhann

Takk fyrir vandlega rökstudda fabúleringu.

Matvælaframleiðsla jarðar er undir stjórn mannfólks. Það er ólíklegt að jörðin myndi framleiða nóg af mat, ef ekki væri fyrir iðnvæddan landbúnað. Safnarar og veiðimenn hefðu aldrei náð 7 milljarða markinu.

Vísindin snúa akkúrat ekki um átrúnað, heldur vinnulag, gagnrýni og hlutlægni.

Gummi.

Ég er reyndar sammála svari þínu, heiminum verður ekki bjargað. Eftir ~4 milljarðar ára gleypir sólin jörðina og þá meiga erfðabreyttir jötunuxar sín lítils.

Takk Benni fyrir innslagið.

Tæknin er ekki góð eða ill. Fólk er sjaldnast gott eða illt. Flestum gengur gott eitt til, en við þurfum skýrar aðferðir til að meta jákvæð og neikvæð áhrif tækni og EKKI tækni. Sú aðferð er vísindin, og þau hafa hjálpað okkur að finna leiðir til að greina hjartaáföll, skilgreina sýkingar, nýta orku jarðar og vinds, byggja hús sem þola jarðskjálfta og spá fyrir um veður og flensufaraldra.

Hins vegar er ég forvitinn um það hví fólk er svo skelfingu lostið yfir erfðabreytingum, eða líftækni? Hvað liggur til grundvallar óttanum?

Haraldur, þú hugsar á svipuðum nótum og ég.

Erfðatæknin mun aldrei leysa öll vandamál, en hún kann að nýtast fyrir afmörkuð verkefni. Venter og félagar eru með háleit markmið, en mér finnst líklegra að erfðabreyttar lífverur fái einfaldari verkefni (t.d. að melta plast).

Takk Sigurður

Vissulega er mikilvægt að búa til góða umgjörð um öll samfélög, auka samheldni og öryggi. E.t.v þjóna kóngafólk (þam bretadrottning) slíku hlutverki en einnig má uppfylla þá þörf með stássforsetum (ekki núverandi höfði íslands).

Það sem ég skil ekki með kóngafólkið er hvernig það getur fúnkerað í svona hlutverkaleik. Trúir það því virkilega að það sé merkilegra en allir aðrir, að blóð þeirra sé blátt? Ég held að ansi margir gætu hugsað sér hlutskipti kóngafólks, á þessum launum og verið fín fyrirmynd. Við gætum kannski búið til spennandi pakka fyrir vestræn konungsveldi, skellt nokkrum útrásarvíkingum og klappstýrum þeirra saman í einn "kóngapakka" og undirboðið núverandi konungsfjölskyldur t.d. í skandínanívu.

Tilboð upp á 5 milljarðar króna ári, kóngur, drottning, og herskari hressra prinsa og prinsessa, þota, sportbílar, vínkjallari og sumarhús í Borgarfiriði innifalinn. Tala íslensku, fyrstabekkjar dönsku og youtube-ensku. Kunna að festa orður og hneygja sig fyrir kínverjum.

Gamni slepptu, þá steðja margar ógnir að mannfólkinu og erfðatæknin er bara ein tækni meðal margra sem við getum nýtt okkur. Ég er sammála að auðmýkt er góð, en hef fyrir satt að bænir hjálpa ekki (allavega ekki þannig að þær fáist uppfylltar - e.t.v. hjálpa þær fólki að leggja niður fyrir sér HVERJIR eru því mikilvægir, HVAÐ það vill, HVERS það þarfnast).