Sciencemag.cz
Related Articles
Projekt se nachází ve fázi budování metod a nástrojů k výrobě prvního syntetického lidského chromozomu.
Vědce zajímalo, jaký nejmenší počet genů dostačuje ke kódování bakteriálního života a jaké geny to jsou. V dnešní době jsou již přečteny celé genomy desetitisíců bakterií (v databázi NCBI bylo v září 2025 zařazeno téměř 22 000 kompletních bakteriálních a archeálních genomů), takže je možné hledat geny, které jsou společné pro všechny bakterie. Právě ty asi budou ze všech nejdůležitější. Vědci však šli ještě dále. Provedli elegantní experimenty, v nichž systematicky vyřazovali z činnosti jednotlivé geny.
Ve svých pokusech použili jak bakterii s nejmenším genomem, Mycoplasma genitalium, tak i bakterie s většími genomy, například bakterii Bacillus subtilis.
V obou případech dospěli k podobnému počtu genů, s nimiž ještě bakterie byly schopny žít. Minimální počty genů pochopitelně závisely také na prostředí, v němž bakterie rostly. Téměř ke gnozeologickým otázkám může vést zamyšlení nad tím, že čím přísnější jsou nároky na prostředí, tím více se součástí podmínek k životu stává experimentátor, který se o toto prostředí stará. V prostředí bohatším na živiny stačilo bakteriím genů méně. U bakterie Bacillus subtilis vědci dospěli k počtu
261 zcela nepostradatelných genů, u Mycoplasma genitalium to bylo podle dřívějších odhadů 265 genů, avšak novější experimenty naznačují spíše jejich větší počet, konkrétně 382 genů.
Pokud bychom nahlédli do seznamu nepostradatelných genů, našli bychom tam geny pro tvorbu molekul DNA i RNA, pro konstrukci ribozomů a všeho potřebného pro proteosyntézu, geny důležité pro výstavbu buněčných membrán a buněčné stěny bakterie nebo geny řídící základní procesy buněčné energetiky. U přibližně 100 nepostradatelných genů u M. genitalium není známa jejich funkce.
Syntetický genom
Výše uvedená strategie se označuje jako „shora dolů“, protože se postupuje od celého genomu a počet genů se postupně snižuje. Ještě mnohem větší výzvou pro vědce byla opačná strategie, reprezentující přístup „zdola nahoru“, kdy se syntetizuje genom autonomního živého organismu de novo. Vědci již před lety syntetizovali a poskládali jednoduchý virus, který byl schopen života. Virus je však pouhý buněčný parazit, ke svému životu potřebuje buňku. Nejedná se o autonomně žijící organismus. Syntetizovat bakteriální genom je mnohem těžší úkol. A to ani nemluvíme o syntéze celé buňky se všemi jejími součástmi.
Vědci z ústavu Craiga Ventera (JCVI) v USA v roce 2010 pro začátek vyšli ze znalosti sekvence genomu bakterie Mycoplasma mycoides. Na počítači některé části jejího genomu pozměnili, poté genom uměle nasyntetizovali a vložili do bakterie M. capricolum, z níž předtím její původní genom odstranili. A aby je někdo nepodezíral, že jen v laboratoři okopírovali původní reálný genom M. mycoides, a také kvůli smyslu pro humor zakódovali do syntetického genomu „vodoznaky“, jež obsahovaly jména autorů, webovou adresu a také e-mailovou adresu, kam mohou napsat ti, kdo tyto „vodoznaky“ rozluští. Skryli do nich i tři citáty slavných vědců – například výrok Richarda Feynmana „What I cannot build, I do not understand“ („Co nedokážu vytvořit, tomu nerozumím“).
Badatelé takto vložili nový software do existujícího hardwaru a hardware byl podle nového softwaru přebudován – proteiny bakterie se změnily. Nová bakterie byla životaschopná a dobře se množila. S velkou slávou byla pojmenována Mycoplasma laboratorium, ale veřejnost ji zná spíš pod jménem Synthia nebo také JCVI-syn1.0. Jde o první buňku ovládanou zcela uměle vytvořeným genomem. V roce 2016 pak vznikla minimální buňka JCVI-syn3.0, která obsahovala pouze 473 genů, tedy nejmenší počet pro život v laboratoři (genom 531 kb). Vznikla optimalizací a zjednodušením JCVI-syn1.0 s cílem zjistit, co je skutečně „nezbytné“ pro život.
V únoru 2025 bylo oznámeno dokončení posledního chromozomu (16. chromozom o velikosti 903 kb) syntetického genomu kvasinky Saccharomyces cerevisiae (Sc2.0), jako prvního plně syntetického genomu eukaryotického organismu. Geny jsou v Sc2.0 přeuspořádány, zredukovány, upraveny, do genomu jsou vloženy vodoznaky dokládající, že jde o syntetický genom, z genomu jsou naopak odstraněny transpozony a také zbytečně duplikované geny a sekvence a všechny části jsou uspořádány modulárně pro snadnější úpravu. Všechny syntetické chromozomy byly vloženy do živé buňky kvasinky, čímž vznikla první eukaryotická buňka s plně syntetickým genomem. Tělesná kontinuita ale stále přetrvává.
V současné době byly zahájeny práce na prvních chromozomech syntetického genomu člověka (SynHG, plánováno na léta 2025–2030). Projekt se nachází ve fázi budování metod a nástrojů k výrobě prvního syntetického lidského chromozomu. Plná syntéza všech 23 chromozomů je vzdálená, svět je stále ještě daleko od vytvoření umělé lidské buňky.
Tímto okamžikem lidstvo vstoupilo do doby, kdy umíme genomy nejen číst, ale dokážeme je i psát. Genom Synthia jsme až na pár velmi drobných tahů štětcem obkreslili z přírody, u dalších syntetických genomů bude člověk mnohem výraznějším tvůrcem.
Dalším krokem pak bude odpoutání se od sekvencí reálných genomů a tvorba skutečně plně syntetických genomů, kde budou uplatněny naše dosavadní vědomosti o základních principech genomové architektury. Jako malíři, kteří se řídí pravidly perspektivy a zásadami souladu barev, budeme ze stavebních bloků genetické informace a s dodržením „genomových“ pravidel tvořit, nejprve na počítači a pak i v laboratoři, syntetické mikroorganismy, jež budou vytvářet nové, levnější a lepší produkty jak v medicíně, tak i zemědělství či průmyslu. Například odstraňovat z moří ropné skvrny nebo vytvářet biopaliva. Cesta od genomu k buňce je však ještě dlouhá. Pokud by se vědcům podařilo navíc sestavit de novo i buňku, znamenalo by to, že jsme schopni z běžných chemikálií vytvořit nový život. Živý organismus, který by měl schopnost vlastní reprodukce a evoluce.
Až čas ukáže, zda vědci budou syntetizovat geny i další součásti buňky, postupně je přidávat do zkumavky, počet genů poroste, bude jich 268, 269, 270, až najednou se cosi pohne a organismus ožije. Toto stvoření bude tak jednoduché, jak jen život jednoduchý může být. Ale bude to již život. Život stvořený z chemikálií někde na polici v laboratoři. Představa, jež odpovídá názorům antických filozofů a byla znovuoživená v renesanci, totiž že živé organismy jsou pouhými stroji. I „obyčejná“ bakteriální buňka však představuje pořádně složitý stroj. Zatímco genom fyzickou kontinuitu těla nepotřebuje, nevíme, zdali totéž můžeme říci také o buňce. Zatím všechny buňky, které známe, vznikly z buněk jiných a kontinuita těla byla vždy zajištěna od samotného počátku života.
úryvek z knihy
Eduard Kejnovský: Tajemství genů – Od vzniku života po genom člověka
2. rozšířené vydání
Academia 2026
O knize na webu vydavatele
