Kroz tanke plastične cijevi prolaze bakterije koje se uzgajaju, hlade i elektrošokiraju, a svime upravlja obično računalo. To je evolucijski stroj koji u nekoliko dana može obaviti procese za koje genetskim inženjerima obično trebaju godine. Zasad je još uvijek samo prototip, međutim, ako je vjerovati njegovim tvorcima, buduće verzije mogle bi uvesti pravu revoluciju u biologiju i omogućiti nam da razvijamo potpuno nove organizme ili da ponovno ispisujemo cijele genome. Stroj bi čak mogao transformirati čovječanstvo.

Danas mnoge stvari u našem okruženju, od hrane do odjeće i lijekova, stvaraju genetski modificirane biljke ili bakterije. Prva generacija GM organizama postala je pravi hit među poljoprivrednicima, mada možda ne i među svim potrošačima. No to je tek početak. Do sada su se organizmi mijenjali uglavnom samo u jednostavnim i grubim procesima koji su uključivali po gen ili dva. Ako želimo ostvariti nešto ambicioznije ciljeve, primjerice da nam alge proizvode gorivo za automobile, morat ćemo se prihvatiti ozbiljnijeg genetskog inženjeringa. Međutim, čak i za najmanje genetske modifikacije potrebno je utrošiti velike količine vremena i novca jer su biološki sustavi izuzetno složeni. Primjerice za izmjenu desetak gena danas se troši oko 150 radnih godina i 25 milijuna dolara.

Neka evolucija radi za nas

Međutim, George Church, genetičar iz Medicinske škole Harvard u Bostonu, smatra da postoji mnogo lakši i jeftiniji način – da se evoluciji prepusti da posao odradi umjesto nas. Naime, umjesto da pokušavamo dizajnirati svaki aspekt genoma, možemo konstruirati relativno grub genetski dizajn, potom pustiti da se iz njega razviju brojne varijante i konačno odabrati one koje nam odgovaraju. Ovaj koncept sam po sebi i nije nešto novo, no Church i njegov tim konstruirali su stroj za razvoj organizama koji radi neviđenom brzinom. U njemu se odjednom mogu uključiti, dodati ili promijeniti na tisuće gena. Ovim procesom koji je nazvan multipleksni automatizirani genetski inženjering (MAGE) moguće je stvoriti milijarde novih sojeva u svega par dana.

Znanstvenici su i dosad poznavali brojne metode za pokretanje mutacija u stanicama – od zračenja do izlaganja opasnim kemikalijama, no Churchev stroj može odabrati gene koji utječu na određene karakteristike i promijeniti ih na specifične načine, što značajno povećava učinkovitost inženjeringa i vjerojatnost uspjeha.

Stroj uspješno testiran na bakterijama

Prvi evolucijski stroj konstruirao je Harris Wang, član Churhova laboratorija. Kako bi dokazao da radi, isprobao ga je na bakteriji E.coli koja stvara male količine likopena, pigmenta koji rajčicama daje crvenu boju. Soj je također modificirao tako da proizvodi neke viralne enzime. Potom je sintetizirao 50.000 nizova DNA sa sekvencama koje su odgovarale dijelovima od 24 gena što sudjeluju u stvaranju likopena, ali s brojnim varijacijama koje su trebale utjecati na količine pigmenta koje će se proizvoditi. Konačno je DNA i bakterije stavio u evolucijski stroj.

Uređaj je pustio bakterije E.coli da se razmnožavaju, izmiješao ih s nizovima DNA i izložio ih elektrošokovima kako bi se stanice otvorile i propustile DNA da uđu. Ondje su se neke dodane DNA zamijenile sa ciljanim sekvencama u genomu. Ovaj proces, koji se naziva homologna rekombinacija, obično se događa vrlo rijetko, no tu su ključnu ulogu odigrali viralni enzimi koji su prevarili stanice tako da misle da su strane DNA njihove vlastite i time povećali vjerojatnost rekombinacije te ubrzali proces. Rezultat je bio stvaranje novih varijanti ciljanih gena, dok je istovremeno ostatak genoma ostao isti.

Ponavljajući proces 35 puta, Wang je stvorio 15 milijardi novih sojeva od kojih je svaki imao različite kombinacije promjena ciljanih gena. Neki nastali sojevi stvarali su čak pet puta više likopena od izvornog. U tri dana odradio je posao za koji su dosad biosintetičarima trebale godine. Rezultati su 2009. predstavljeni u časopisu Nature.

Uređaj bi mogao koristiti i životinjama i ljudima

Church i njegov tim vjeruju da će njihov evolucijski stroj u budućnosti zamijeniti uređaje za automatsko sekvencioniranje DNA, a procjenjuje da bi se mogao prodavati relativno jeftino - po cijeni od oko 90.000 dolara.

Kao što radi s bakterijama, uređaj bi morao funkcionirati i s biljkama i životinjama. Jedini nedostatak Churcheve metode je da u njoj željeni, poboljšani soj ostaje izmiješan s milijunima neželjenih pa treba vremena i truda da se pronađe i izdvoji.

No Church vjeruje da je najveći potencijal stroja zapravo mogućnost stvaranja tisuća specifičnih promjena DNA, odnosno mijenjanje genoma. Prošle godine poznati biolog i poduzetnik Craig Venter uspio je stvoriti bakteriju sa sintetičkim genomom. Bilo je to veliko ostvarenje, ali u njega je utrošeno čak 400 radnih godina te oko 40 milijuna dolara. MAGE bi to mogao obaviti puno jeftinije.

No uređaj bi se mogao koristiti i za stvaranje sasvim novog genetičkoj jezika života. Na taj način modificirane životinje i ljudi mogli bi postati potpuno otporni na viruse koji ne bi prepoznavali taj jezik. Church priznaje da s ovom tehnikom treba raditi vrlo oprezno, uz brojne sigurnosne mjere, međutim, uvjeren je da bi se ona mogla koristiti u mnoge dobre svrhe. 'Mislim da bismo voljeli da su svi organizmi u određenoj mjeri otporni na brojne virusa, barem kada je riječ o industrijskim mikrobima, poljoprivrednim vrstama i ljudima', rekao je Church. Naime, njegov tim već radi na genetskoj modifikaciji ljudskih matičnih stanica koje bi se trebale koristiti u istraživanjima različitih bolesti nastalih u mutacijama. Kada se tehnologija razvije, mogla bi se upotrijebiti i u stvaranju modificiranih stanica za stanične terapije. Primjerice, mogle bi se stvarati stanice jetre koje bi bile otporne na hepatitis C.

Djeca budućnosti bit će otporna na bolesti

Church je uvjeren da će jednoga dana čak biti moguće stvarati djecu koja će biti otporna na viruse. 'Ako tehnika bude dobro funkcionirala, netko će je negdje htjeti isprobati u sljedećoj generaciji', rekao je. Iako su takve ideje danas tabu, Church smatra da će s vremenom, baš kao i umjetna oplodnja ili transplantacija organa, one također biti prihvaćene. 'Mnoge tehnologije počinju tako. A kada jednom dobro funkcioniraju, svi kažu da nije etično ne koristiti ih', rekao je dr. Church.

Arthur Caplan, biokemičar sa Sveučilišta Pennsylvania, smatra da bi se nova tehnologija, ako se potvrdi na životinjama, već kroz desetak godina mogla početi koristiti i na ljudima.