Genetikere skaber det simpleste liv
En designerorganisme med arvemateriale fra et laboratorium er i stand til at overleve med kun 473 gener. Bakterien kan hjælpe med at opklare, hvad livet som minimum kræver, og den kan være fundamentet for nye organismer, der kan løse vigtige opgaver for mennesker.
Bakterier med det kunstige genom fik lov at dele sig i petriskåle. Her er en lille flok af dem set i elektronmikroskop. Den hvide streg er en tusindedel millimeter lang. (Mikroskopi: Hutchison et al./Science)

 

Hvad skal der til for at opretholde livet? Hvor simpel kan en levende organisme egentlig være? Og hvor få gener kan den nøjes med?

Disse spørgsmål har optaget forskeren Craig Venter i de seneste par årtier, og nu er han og hans hold af genetikere klar med et svar på det sidste af dem. En bakterie kræver tilsyneladende 473 gener.

De amerikanske forskere har designet og skabt et minimalt genom. De tog udgangspunkt i genomet – arvematerialet – fra bakterien Mycoplasma mycoides, som de allerede i 2010 var i stand til at fremstille kunstigt, og så begyndte de at fjerne gener.

LÆS OGSÅ: Kunstig dna vækkes til live

Levende efter halvering af genom

Det stadig mere amputerede genom blev sat ind i celler, der på forhånd havde fået fjernet arvematerialet. Så undersøgte forskerne, om cellerne med det kunstige genom stadig var levende – om de designede bakterier kunne få energi fra omgivelserne og mangfoldiggøre sig.

Bakterien med det kemisk fremstillede arvemateriale var stadig levedygtig, efter at 428 af dens 901 gener var blevet fjernet. I samme ombæring blev dens genom reduceret fra 1.078.809 basepar til 531.560 basepar. Resultatet er beskrevet i det videnskabelige tidsskrift Science.

Fakta

Arvematerialet i en levende organisme kaldes også genomet. Det består af lange dna-molekyler, hvor den genetiske information gemmes i dele af molekylet kaldet baser. Der er fire forskellige baser, som altid sidder sammen i par, og derfor måles genomets størrelse i basepar. Et gen er et stykke dna, som typisk udgør opskriften på dannelsen af et protein. Det er proteinerne, der udfører opgaverne i cellerne og gør os til dem, vi er.

Til sammenligning har den lignende bakterie Mycoplasma genitalium et genom på 580.070 basepar, og det er den mest simple naturlige organisme, der kan reproducere sig selv uden hjælp fra andre organismer. Menneskets genom har godt tre milliarder basepar og cirka 25.000 gener.

Biologiske maskiner kan gøre nytte

Forskningsresultatet kan føre til en bedre forståelse af, hvad livet egentlig er for en størrelse, men der er også mere praktiske perspektiver. Det forklarer professor Steen Rasmussen, der er leder af Center for Fundamental Living Technology på Syddansk Universitet:

»Drømmen er at få lavet det, man kalder et biologisk chassis – det helt minimale, der kan bære levende processer. Lige som et bilchassis, som man kan bygge alle mulige forskellige biler ovenpå.«

»Et minimalt genom kan man bruge som kernen i den biologiske maskine, man håber på at konstruere efterfølgende. Ideen er, at man kan tilføje komponenter – man taler ligefrem om biobricks, som biologiske Lego-klodser – og så bygge lige præcis den organisme, man har brug for. Det er forskernes mission.«

Som biologiske ingeniører forsøger genetikerne at bygge maskiner, der kan være til nytte for os. Bæredygtige designerorganismer, der for eksempel kan fremstille brændstoffer eller nye lægemidler, eller som kan rydde op efter forurening.

Cellen er djævelsk kompliceret

Et minimalt genom i en bakterie, der kun netop er levedygtig, kan i princippet være et godt fundament for nye designerorganismer, og det er da også et stort gennembrud, de amerikanske forskere nu er kommet med.

Da halvdelen af bakteriens gener var fjernet, kunne den stadig mangfoldiggøre sig, så den efter fire døgn i petriskål havde dannet en lille koloni. Men bakterien med det minimale genom (til højre) voksede kun en tredjedel så hurtigt som de oprindelige bakterier (til venstre). De hvide målestokke er en millimeter lange. (Mikroskopi: Hutchison et al./Science)

Men det bliver ikke nemt at komme videre derfra, for naturen er ikke så simpel, at man bare kan få organismen til at lave nye tricks ved at tilføje nye gener.

»Der er et grundlæggende problem i, at man ikke bare kan bygge en biologisk maskine ved at lægge nye byggeklodser ind oven på et chassis. Sådan fungerer biologi ikke. Hver gang du putter én komponent ind, så vil den vekselvirke med de andre komponenter på en uforudsigelig måde,« fortæller Steen Rasmussen.

»Det er en helt ny form for ingeniørkunst vi skal lære, og den er væsensforskellig fra mekanisk og elektronisk ingeniørkunst. I de biologiske systemer er helet meget, meget større end delene. Det hele er filtret sammen – det er ét stort roderi, som vi ikke forstår. Men sådan er det.«

 

Mange geners funktion kendes ikke

Der er endnu masser af ting, som forskerne skal finde ud af omkring den måde, livet fungerer på, og det faktum understreges da også af, at hele 149, svarende til 31 procent, af de livsnødvendige gener i den nydesignede minimale bakterie ikke har nogen kendt biologisk funktion.

Der er brug for disse gener, men forskerne ved ikke rigtig hvorfor.

Det nye resultat er en milepæl, men det er kun et skridt på vejen mod at designe nyttige mikroorganismer helt fra bunden – mikroorganismer, der kan udføre de opgaver, vi gerne vil have løst.