WRÓĆ DO STRONY
GŁÓWNEJ
Nauka

Naukowcy rozpoczynają produkcję DNA na skalę masową

Po co ktoś miałby produkować DNA? Przecież pełno tego we wszystkich żywych organizmach, również w tych najtańszych. Każdy w swojej kuchni (salonie, łazience, sypialni, czy schowku na szczotki) może ekstrahować kwas deoksyrybonukleinowy z tego co kupi w spożywczaku albo zerwie na trawniku. Jednak nie sama ilość DNA jest ważna, ale zawarta w nim informacja. Każdy może uzyskać gotowe DNA, ale nie każdy może, litera po literze, uzyskać kod źródłowy życia dokładnie taki, jaki sobie zaplanował.

Współczesna inżynieria genetyczna rzadko sięga po DNA pisane od podstaw. Zwykle wyszukuje się organizm (czy to będzie zwierzę, roślina, grzyb, czy bakteria, to bez większej różnicy), posiadający gen kodujący białko, które chcemy użyć. W ten sposób można na przykład gen kodujący produkcję antybiotyku przenieść ze słabo nadającej się do hodowli bakterii glebowej do gatunku, który doskonale rozmnaża się w warunkach hodowli przemysłowej.

Jednak czasami naukowcom nie wystarcza to, co stworzyła natura. Chcieliby zbudować coś lepszego, na przykład białko, które będzie działać w organizmie jednego gatunku tak samo jak w organizmie drugiego, ale nie wywoła reakcji alergicznej. Czasem trzeba też połączyć dwa fragmenty różnych białek w jedną całość – bo np. jedna część ma do wykonania pracę, a druga musi zapewnić, że ta pierwsza zostanie dostarczona w odpowiednie miejsce. Tutaj uczeni stosują od lat metody enzymatycznego cięcia i łączenia fragmentów DNA.

Czasami jednak i to jest zbyt mało. Tak jak dobremu programiście nie zawsze wystarczą dostarczone biblioteki i czasem musi coś samodzielnie napisać w C lub nawet w assemblerze, tak samo dobremu biotechnologowi czasem nie wystarczą gotowe narzędzia i sam musi napisać swój kod. Przy czym biotechnolog nie pisze w assemblerze, ale bezpośrednio w kodzie maszynowym. Przepraszam, w kodzie DNA.

Jednak o ile informatyk poświęca dużo pracy na pisanie w języku niskiego poziomu, to raczej nie utrudnia to zbytnio samego procesu kompilacji. Natomiast kiedy biotechnolog jest zmuszony napisać kod genetyczny litera po literze, to nie może do tego wykorzystać narzędzi, jakich używa na co dzień. Musi wykorzystać kompletnie inne mechanizmy służące do syntezy DNA. Mechanizmy te są bardzo praco- i czasochłonne. I tutaj właśnie swoją szansę widzi amerykańska Twist Bioscience.

Firma postanowiła zautomatyzować proces syntezy nowego DNA. Dotychczas procedura wymagała zaangażowania wykwalifikowanego pracownika, który w odpowiedniej kolejności napełniał odczynnikami chemicznymi kilkadziesiąt dołków (maleńkich zbiorników w których zachodzić ma reakcja) na plastikowej płytce. Amerykanie uznali, że to nie ma sensu i zdecydowali się na zastąpienie człowieka automatem i jednoczesne znaczne zwiększenie liczby użytkowanych „dołków”.

Opracowane przez Twist Bioscience urządzenie, zamiast plastikowej wytłoczki z 96 otworkami, używa krzemowej płytki zawierającej 10 tysięcy zagłębień. Każde zagłębienie ma zaledwie 600 nanometrów (0,0006mm) średnicy i zostało wykonane w technice fotolitograficznej – tej samej, w której od lat wytwarza się układy scalone. Jak twierdzi Emily Leproust, CEO i współzałożycielka firmy, urządzenie robi dokładnie to samo co pracujący zwykle w laboratorium doktorant, tylko używając 100-krotnie mniejszej objętości próbki. (Ewentualne uzyskanie 100-krotnie mniejszej ilości DNA nie jest żadną wadą. Problemem jest synteza DNA dokładnie takiego, jakie chcemy uzyskać. Jego późniejsze powielenie to już bułka z masłem.)

Automatyzacja i miniaturyzacja mają pozwolić na znaczne zmniejszenie kosztów syntezy DNA. Obecnie, sprzedając swoje usługi, pozostające jeszcze w fazie testowej, tylko wybranym konsumentom, Twist Bioscience osiągnęło najniższą na rynku cenę 10 centów za parę zasad (zasady azotowe, tworzące wraz z deoksyrybozą i resztami fosforanowymi helisę DNA, zawsze łączą się w pary, po jednej na każdej nici DNA). Wydaje się to wciąż dużo. Gdyby chcieć w ten sposób zsyntetyzować od nowa genom człowieka, kosztowałoby to 320 milionów dolarów. Na szczęście zwykle syntetyzuje się pojedynczy gen, mierzący najczęściej zaledwie kilkaset, góra kilka tysięcy, par zasad. Jednak Amerykanie twierdzą, że wraz z uruchomieniem masowej produkcji w przyszłym roku i później z dalszym jej zwiększaniem, uda im się osiągnąć cenę zaledwie 2 centów za parę zasad, czyli przeszło 5x niższą, niż obecna – i tak najtańsza na świecie.

Warto wspomnieć również o fakcie, że inna amerykańska firma, Zymergen, startuje właśnie z „bogatszą” usługą. Oprócz w miarę taniej syntezy DNA, oferują również możliwość wprowadzenia go do żywych bakterii i przetestowania tak powstałych genetycznie zmodyfikowanych mikrobów.

Jak donoszą źródła z za oceanu (a dokładniej: źródło tego artykułu), do modelu biznesowego taniej syntezy DNA sceptycznie podchodzi Rob Carlson z funduszu inwestycyjnego BioEconomy Capital. Specjalista wskazuje na fakt, że synteza DNA stanowi niewielki ułamek kosztów wdrożenia genetycznie zmodyfikowanego organizmu na skalę przemysłową. Jednak, jako biotechnologowi, wydaje mi się, że lepiej mieć możliwość wypróbowania za podobną cenę kilku różnych sekwencji DNA, niż jednej. Lepiej przecież przetestować różne możliwości na etapie, kiedy jest to jeszcze w miarę tanie. Ale to nie jest pierwszy, ani nie ostatni przypadek, kiedy ktoś bardziej wierzy papierowym opracowaniom, lekceważąc środki na badania i rozwój. Przecież najważniejsze w każdej firmie jest wytwarzanie arkuszy i prezentacji, a nie opracowanie produktu.

[źródło i grafika: spectrum.ieee.org]