Forskere har lyktes med å lage en fullstendig kunstig kolibakterie som lever i beste velgående med bare 61 kodoner i DNA-et sitt. Det er tre færre enn stort sett alt liv på Jorden. De tre tomme plassene gir rom for å kode nye funksjoner inn i organismen, og åpner for uante muligheter.
En menneskeskapt kolibakterie er født i Cambridge i England: Syn61.
Den har et DNA som inneholder færre kodeord – såkalte kodoner – enn dens naturlige søster. Flere medier har de siste to ukene kalt fenomenet et gjennombrudd innen syntesebiologi. Men hva er det egentlig som er nytt, og hva kan vi bruke en kunstig kolibakterie til?
Allerede i 2010 lyktes den berømte genforskeren Craig Venter og forskergruppen hans i USA med å skape en syntetisk mikroorganisme, nemlig en spesiell mycoplasma-bakterie. Den hadde et genom med bare 1 million basepar, mot kolibakteriens 4 millioner.
Den gangen var formålet dessuten «bare» å bygge bakterien helt syntetisk, mens forskergruppen fra MRC Laboratory of Molecular Biology i Cambridge hadde et annet formål i tankene med e. coli; Nemlig å redusere antallet kodoner i genomet for å frigjøre kodon-plasser til nye funksjoner.
I alt har forskerne lagd 18.214 kodon-endringer. Som den London-baserte forskeren i syntesebiologi Tom Ellis uttalte til The Guardian for to uker siden:
«De har tatt syntetisk genomikk til et helt nytt nivå. Ikke bare har de lyktes med å bygge det største syntetiske genomet til dags dato, men de har også kodet aller flest endringer i et genom til nå.»
Kan kodes til hva som helst
Genetisk kode blir skrevet med fire nukleotider: A, T, C og G for adenin, tymin, cytosin og guanin. De fordeler seg i trioer i 64 kodoner, som koder for i alt 20 aminosyrer – eller blokkerer dem. Aminosyrene er proteinenes viktigste byggeklosser, og proteiner sørger for at liv fungerer.
Når det er 64 kodoner, betyr det også at nesten alle aminosyrene blir kodet av mer enn én kodon. Det er altså kodoner som har samme funksjon – så forskerne bak Syn61 har forsøkt å gjenskape kolibakteriens genom med færre kodoner.
Og det har de lyktes med. Syn61 lever derfor med 61 kodende kodoner i DNA-et sitt, selv om stort sett alt liv på jorden er drevet av 64 kodoner. Det gir tre frie kodon-plasser som i teorien fritt kan designes til ethvert ønskelig formål.
Dette innebærer at forskerne vil kunne bygge kodoner som koder for helt nye aminosyrer som ikke forekommer i naturen, og som potentielt gir mikroorganismen nye egenskaper. Det åpner for uante muligheter. Dette forteller Ebbe Sloth Andersen, som er lektor på Aarhus Universitets Interdisciplinary Nanoscience Center, da danske Ingeniøren ringer til ham.
– Noen praktiske bruksområder er å kunne syntetisere billigere malariamedisin, lage bakterier som utvikler hydrogen på en mer effektiv måte, eller lage sensorer av bakterier slik at de kan detektere kreft. Det finnes veldig mange eksempler på at man ved å programmere biologien i større grad kan løse en rekke utfordringer i samfunnet, sier han.
– Målet er å gjøre bioteknologien mer anvendelig, og det gjør man best ved å ha full kontroll over et genom, forteller Ebbe Sloth Andersen.
– Man vil gjerne prøve å gjøre biologien mer ingeniørbar. De prøver å få alle genetiske elementer adskilte, slik at man lettere kan kombinere dem eller designe nye organismer, sier han.
Helt nye aminosyrer
150 kilometer øst for Aarhus Universitet sitter professor Christopher Workman fra DTUs Institut for Bioteknologi og Biomedicin, og han mener at denne milepælen allerede har gjort biologien mer «engineerable» som den amerikanske forskeren kaller det.
– Fordi du nå har fleksibiliteten til å bruke de frie kodon-plassene til andre formål. Du kan bruke dem på nye måter til å kode for en ny aminosyre. Det er ikke helt klart hvordan forskerne vil gjøre det, men det er mulig, sier han til Ingeniøren.
Han forteller at det ikke er tilfeldig at forskergruppen fra Cambridge har valgt å syntetisere e.coli. Bakterien er nemlig brukt svært mye i laboratorier verden over, og man bruker den for eksempel til å fremstille insulin. Ved å redusere antallet av kodoner blir kolibakterien potensielt enda mer anvendelig for forskere verden over.
Christopher Workman er ikke i tvil om at den kunstige kolibakterien vil bli nyttig.
– Her snakker vi om potensielt å utvide de 20 aminosyrene som er vanlige i naturen, med en eller to helt nye aminosyrer. Det er ganske åpent hva man kan forestille seg å gjøre med dette.
Artikkelen ble først publisert på Ingeniøren.dk
