Nečekal jsem, že Craig Venter uspěje

Připravili ji  o polovinu genů, přesto žije. „Syntetické bakterii 3.0“ slavného amerického genetika a pionýra Craiga Ventera - jehož portrét najdete v novém Respektu 15/2016 - zůstalo pouhých 473 genů nezbytných k životu, ostatní jí vědci sebrali. Neplýtvá tedy energií na „zbytečnosti“ a její další verze by prý časem mohly vyrábět léky či biopaliva, například produkovat umělou ropu a současně z ovzduší odebírat oxid uhličitý. Byla by to přímo zázračná zbraň na klimatickou změnu.

Ne všichni však věří, že se to opravdu podaří. Podle německého mikrobiologa Jörga Stülkeho, který se zabývá podobným výzkumem na Göttingenské univerzitě, nabízí Venterův výzkum pozoruhodný vhled do fungování buněk, energetiku ani medicínu však zatím změnit nedokáže.

Čím je experiment s minimálním genomem výjimečný?

Pokládám jej za skutečný průlom, na kterém Venter a jeho tým pracovali řadu let. Je úžasné, že jej dokázali dotáhnout do konce. Nečekal jsem, že bakterie s tak malým počtem genů bude životaschopná. A že ji vůbec dokážou zkonstruovat.

Craig Venter chce, aby tyto bakterie časem sloužily jako základ pro konstrukci umělých mikroorganismů, které by vyráběly třeba léky nebo biopaliva. Fungovaly by asi jako společný automobilový podvozek, na kterém se staví vozy různých značek a funkcí. Je to reálné?

Bakterie, které vyrábějí léky, už existují. Jsou výsledkem klasického genetického inženýrství (přidání několika genů do dědičné výbavy přírodních bakterií, pozn. red). Pořád je tu však prostor k tomu, abychom je vylepšili. Venter jde jinou cestou - a myslím, že bakterie s minimálním genomem se pro průmyslovou výrobu nehodí. Ta, kterou vytvořil, se například mnohem pomaleji množí. Doba, za kterou se její množství zdvojnásobí, se prodloužila z jedné hodiny u přírodního typu na tři hodiny. Bylo by mnohem těžší s ní v průmyslových podmínkách pracovat.

Co říkáte tomu, že v její dědičné výbavě Venter objevil asi 150 genů, jejichž funkci neznáme? Je to zhruba třetina všech genů, které má.

Je to velmi zajímavé a ukazuje to velké mezery v našich znalostech. Chceme dokonale porozumět tomu, jak buňka funguje, a přitom jí z jedné třetiny nerozumíme. Důležitá je však jedna věc: oni pracovali s velmi zvláštní bakterií druhu Mycoplasma mycoides, která se biologickou stavbou dramaticky liší od ostatních bakterií. Těch zhruba 150 proteinů, které vyrábí podle instrukcí zapsaných v genech s neznámou funkcí, tedy může sloužit k účelům specifickým pouze pro mykoplazmu, pro její způsob života. V jiných organismech se nemusely udržet. Venterovy poznatky tedy nelze moc zobecňovat.

Kdyby Craig Venter pracoval s jiným mikroorganismem, našel by méně genů s neznámou funkcí?

Těžko říct. Osobně si myslím, že kdyby pracoval třeba s druhem Bacillus subtilis nebo s bakterií E. coli, pak ano, genů s neznámou funkcí by bylo méně. Jenže postup, který zvolili, u žádné jiné bakterie nefunguje. Jinou bakterii s minimálním genomem se vytvořit nepodařilo.

Proč?

Použili velmi specifické techniky, které vyvíjeli řadu let právě pro mykoplazmu. Jsou založeny na chemické syntéze genomu Mycoplasmy mycoides a jeho transplantaci do příbuzného druhu, Mycoplasmy capricolum. Tato hostitelská bakterie ztrácí vlastní genom, podřídí se tomu novému. Nová dědičná výbava ovládne celou buňku, všechny proteiny, všechny součásti buňky jsou pak jejím výsledkem. Spolupracuji s francouzskou kolegyní, která tento postup pomáhala vyvíjet. Říkala mi, že se jej usilovně snažili použít i u jiných bakterií, ale neuspěli. Funguje to jen u těch dvou příbuzných mykoplazem. U jiných bakterií bychom proto nedokázali uměle syntetizovaný minimální genom vpravit do buňky.

Podílíte se na tomto výzkumu i vy?

Spolupracuji na podobném projektu, snažíme se minimalizovat genom bakterie Mycoplasma pneumoniae, která i v přirozené formě vystačí s velmi malým počtem genů, a také bakterie Bacillus subtilis. Chtěli bychom získat minimální dědičnou výbavu u vícera druhů, abychom mohli odlišit, co je skutečně nezbytná univerzální sada genů společná živým organismům, nepostradatelný základ života, a co je charakteristické pro daný druh - které geny vytvářejí specifický životní styl určité buňky. Zatím jsme ale k minimálnímu genomu nedospěli.

Venterovy poznatky tedy nelze přenést na jiné formy života a jeho metoda nefunguje u jiných bakterií. Rýsuje se tu alespoň nějaký praktický význam? Může se odhalování neznámé funkce genů v minimální dědičné výbavě třeba odrazit v léčbě rakoviny?

Často se říká, že ano, ale ve skutečnosti jde opravdu o základní výzkum. Nemyslím, že by výsledky měly přímé dopady v medicíně. Lidský genom byl poprvé zmapován před patnácti lety a tehdy se tvrdilo, jak obrovský průlom v léčbě to přinese. Byl to velký úspěch vědy, ale pokud jde medicínu, nevidíme tak dramatický pokrok, v jaký se tehdy věřilo. Neměli bychom proto dělat tuhle chybu znovu – slibovat něco, co pak nedokážeme splnit.

Jak Craig Venter při tvorbě svého bakteriálního homunkula postupoval? Čím je tento muž výjimečný a na čem ještě pracuje? Čtěte v novém Respektu 15/2016.

Jörg Stülke působí na Göttingenské postgraduální škole pro neurovědy, biofyziku a molekulárně-biologické vědy, která je součástí Göttingenské univerzity. Zkoumá například regulaci činnosti genů u bakterie Mycoplasma pneumoniae a zjišťuje, jak to souvisí s nebezpečností tohoto mikroorganismu, který vyvolává některé formy zápalu plic a další onemocnění dýchacího ústrojí.