Poniższy tekst ukazał się w czasopiśmie „Nowa Fantastyka” nr 4/2013.
Oprócz koncepcji od dawna zadomowionych w SF i tematów intensywnie eksploatowanych jest również taki, którego fantastyka jeszcze prawie nie tknęła, chociaż już od dobrych paru lat sobie wisi i nęci niczym dojrzałe jabłko. Jest to o tyle interesujące, że autorzy science fiction węch na wszelkiego rodzaju naukowo-techniczne nowinki mają wyczulony i dawno powinni się już w ten słodki miąższ wgryzać. Ale co się odwlecze, to nie uciecze i można być pewnym, że za biologię syntetyczną – bo o niej mowa – również się w końcu wezmą.1)
ZNAJDŹ DZIESIĘĆ SZCZEGÓŁÓW
Jednym z możliwych powodów obojętnego stosunku pisarzy SF do biologii syntetycznej jest brak ostrych granic pomiędzy nią a klasyczną biotechnologią. Czym bowiem one się różnią? Tym, czym majsterkowanie w garażu od pracy w biurze projektowo-konstrukcyjnym. Albo przeróbka „Malucha” w samochód dostawczy od budowy całkowicie nowego środka transportu o określonych i z góry zadanych parametrach.
Z wierzchu może się to wydawać zmianą o charakterze li tylko ilościowym, nie jakościowym, tym bardziej, że owa idea nie pojawiła się wczoraj. Nawet sam termin „biologia syntetyczna” jest stary, bo został użyty już w 1912 roku przez francuskiego biologa Stéphane Leduc. W 1974 roku pojęcie to przypomniał genetyk z Uniwersytetu Wisconsin-Madison – Wacław Szybalski. Nic dziwnego zatem, że dla pisarzy, którzy wciąż poszukują oryginalnych źródeł natchnienia, nie jest szczególnie atrakcyjnym coś, co nie wygląda na żadną rewolucję koncepcyjną, ale na zwykły postęp w zakresie technik i metod, które służą temu samemu od dziesięcioleci, czyli grzebaniu w genach z natury wziętych. Rzeczywiście, na pierwszy rzut oka tak to może wyglądać.
LEGOLAND
W tradycyjnej bioinżynierii mamy wiele ograniczeń. Po pierwsze, można pracować tylko na materiale dostępnym – genach, białkach, komórkach występujących w przyrodzie, będących produktem nawarstwionych zdarzeń ewolucyjnych i reakcji chemicznych. To trochę tak, jakbyśmy mieli pod ręką jedynie papier, sklejkę, gumkę-recepturkę, kłębek nici, zwój drutu i tubkę kleju. Ktoś dostatecznie zdolny i kreatywny może z tego zrobić nawet samolot, tyle, że nie turboodrzutowy.
Po drugie, owe zdarzenia ewolucyjne dokonywały się na przestrzeni niewyobrażalnie długiego czasu, skutkując takim wewnętrznym skomplikowaniem nawet najprostszych organizmów, że ciągle stanowią one dla nas zagadkę. Niby rozgryźliśmy kod genetyczny i rozumiemy podstawowe interakcje pomiędzy różnymi podzespołami wewnątrzkomórkowej maszynerii, ale gdy przychodzi co do czego, to albo nagle jakiś nieznany promotor genu wyskakuje, albo czynników transkrypcyjnych nie możemy się dorachować, albo trafiamy na szlak metaboliczny, o którego istnieniu jeszcze do wczoraj nikt pojęcia nie miał. W rzeczy samej, biotechnologia wciąż bardziej przypomina sztukę albo grę losową, niż kontrolowany proces produkcyjny.
Dla bioinżynierów taka sytuacja jest na dłuższą metę nie do zaakceptowania. Dlaczego mają grzebać w tym ewolucyjnym śmietniku? Dlaczego nie zacząć jeszcze raz, ale tym razem porządnie, budując z elementów dokładnie zaprojektowanych i precyzyjnie połączonych w funkcjonalną całość podług zwięzłej, jasnej i przez nich samych napisanej instrukcji? I w tym tkwi różnica pomiędzy biologią „prawdziwą” a „sztuczną”. W chęci złożenia życia na nowo, ale już z własnych klocków. Od czegoś jednak trzeba zacząć.
BAKTERIA ZE SZTUCZNYM NADZIENIEM
Jeśli ktoś nie słyszał albo zdążył zapomnieć o Craigu Venterze, to przypomnijmy, że jest to człowiek, który już raz wprawił świat w osłupienie, sekwencjonując kompletny ludzki genom na dziesięć lat przed terminem, jaki gros ekspertów przyjmowała za realistyczny. Dwa lata temu znów zostaliśmy przezeń zaszokowani informacją o stworzeniu przez jego zespół pierwszego całkowicie sztucznego mikroorganizmu. Z tym określeniem „całkowicie sztuczny” to jak zwykle lekka dziennikarska przesada, bo w rzeczywistości sztuczna – tj. chemicznie zsyntetyzowana (ale z „prawdziwych” nukleotydów) – była tylko wierna kopia genomu bakterii Mycoplasma mycoides o długości około miliona par zasad. Ten został następnie przetransplantowany do pozbawionej swojego naturalnego DNA cytoplazmy innego gatunku (Mycoplasma capricolum), i to w zasadzie wszystko.
„W zasadzie wszystko” oznacza jednak w tym wypadku dość dużo. Venter otrzymał bowiem coś absolutnie pierwszego w swoim rodzaju – żywą, „działającą” komórkę, której materiał genetyczny, nie w jakimś drobnym fragmencie, ale w całości pochodził z retorty, a nie, jak się dotąd działo, z innego naturalnego dawcy. Ale tylko w tym sensie można ów organizm nazwać „sztucznym”.
Zdaniem sporej części naukowców (“Sizing up the >>synthetic cell<<”, Nature News, 20 May 2010), wynik uzyskany przez Ventera nie jest przełomem. Rezultat piętnastoletniej benedyktyńskiej pracy może imponować, lecz ani koncepcyjnie, ani nawet z technicznego punktu widzenia nie jest on niczym fundamentalnie nowym w stosunku do tego, co w bioinżynieryjnych laboratoriach robi się od lat. Nowe byłoby dopiero wówczas, gdyby, na przykład…
…ZAPROJEKTOWAĆ DNA NA KOMPUTERZE
Właśnie to ma Craig Venter w swoich dalszych planach. Już nie kopiowanie, ale komputerowe projektowanie ciągów nukleotydów pod kątem ściśle określonych wymagań, jakie nasz biokonstrukt miałby spełniać. W tej chwili jest na etapie sprawdzania, który (o ile którykolwiek) z zaprojektowanych przez jego grupę chromosomów bakteryjnych jest tak samo dobry, jak te „prawdziwe”.
Cel jest dwojaki: skonstruowanie genomu zawierającego najmniejszą możliwą ilość informacji, niezbędnej do podtrzymania życia w komórce, oraz stworzenie „uniwersalnej skrzynki narzędziowej” – biblioteki fragmentów DNA i innych „bioprefabrykatów”, które spełniałyby rolę zestandaryzowanych modułów konstrukcyjnych. Jak klocki Lego. Tak, by każdy z dostępem do internetu, odpowiedniej stacji roboczej i wcale nie jakoś specjalnie wyposażonego laboratorium mógł sobie zaprojektować i złożyć dowolny designerski organizm.
Venter nie jest zresztą pierwszym ani jedynym, który na pomysł takiej bazy gotowców wpadł i go rozwija. Drew Endy z MIT, James Chappell z Imperial College London czy Ahmad Khalil z Uniwersytetu Bostońskiego to tylko kilku badaczy z wielu, którzy pracują nad przekształceniem tej idei w rzeczywistość. Idzie im to chyba coraz lepiej, o czym można się przekonać zaglądając pod adres www.partsregistry.org („Registry of Standard Biological Parts”).
Świętym Graalem sporej części biotechnologów jest jednak nie tyle „DNA z komputera”, co „komputer z DNA”, czyli system żywy – lub quasi-żywy – który byłby równie programowalny i sterowalny, jak mikroprocesor. To, że się da coś takiego zrobić, udowadniają m.in. naukowcy z Weizmann Institute. Ich konstrukt („A programmable NOR-based device for transcription profile analysis”. Scientific Reports. 2012; 2: 641) jest niczym innym, jak bioanalogiem cyfrowego przetwornika sygnałów, z „wejściem”, „wyjściem”, bramką logiczną w środku i odpowiednikiem fotodiody, która sygnalizuje stan układu.
PRZEKLĘTA ZMIENNOŚĆ!
Byłoby naprawdę ciekawie, gdyby biologia syntetyczna mogła spełnić nasze oczekiwania. Pomyślmy o tych legionach mikroskopijnych (a może nawet znacznie większych) „homunculusów”, które robią co, ile, jak i kiedy chcemy. Które nas leczą, które dla nas produkują, które możemy zaprząc do najrozmaitszych działań pomiarowych i obliczeniowych. Bez konieczności budowy skomplikowanych fabryk, bo biomaszyny składałyby się same z precyzyjnie zaprojektowanych komponentów i replikowały, w bilionach kopii, wiernie powtarzając raz im zadany przez inżynierów schemat. Czyż nie wspaniale?
Byłoby, gdyby nie pewien zasadniczy problem. Cytując Rona Weissa z Princeton: „Replikacja jest daleka od doskonałości. Zbudowaliśmy obwody (biologiczne, przyp. WP) które już w ciągu pierwszych pięciu godzin zmutowały w połowie komórek. Im większy obwód, tym tempo mutacji większe”. Potwierdza to Drew Endy: „Chciałbym stworzyć w oparciu o DNA urządzenie, które przyjmuje sygnał i po prostu liczy od 1 do 256. (…) Ale jak zaprojektować ów licznik tak, by jego wzorzec pozostał niezmienny, kiedy maszyna robi kopie samej siebie, które to kopie zawierają błędy? Pojęcia nie mam.”
Nie da się przed zmiennością uciec, bo jest immanentną cechą wszystkich samopowielających się i dostatecznie złożonych układów. Również tych skonstruowanych od podstaw i ze składników przyrodzie dotąd nieznanych.
Zespół Philippa Holligera z MRC Laboratory of Molecular Biology w Cambridge spreparował kilka odmian już naprawdę sztucznego kwasu nukleinowego, nazywając je zbiorczo XNA (X od „xeno”, czyli obcy). Co stwierdził, badając właściwości tych konstruktów? Między innymi to, że się replikują i tak samo podlegają mutacjom, jak DNA czy RNA „starego typu”. I z tym problemem będziemy się borykać zawsze, nawet gdybyśmy do budowy naszych homunculusów wykorzystali coś zupełnie innego, niż nukleotydy, lipidy i białka („Five hard truths for synthetic biology”, Nature News, 20 January 2010).
Jak powiedział Maksio w „Seksmisji” – natury nie da się oszukać. 
1) Ponieważ niektórym piszącym lub zamierzającym pisać może umknąć słowo „prawie” we wstępie do artykułu i mogą chcieć wykorzystać ten pomysł z myślą, że będą pierwsi, muszę uprzedzić – na pomyśle stworzenia sztucznego życia został oparty wydany w latach 2003-2010 cykl „Yggdrasill”.
