Genų inžinerija namuose – pramoga visai šeimai

Adaptuota iš nuotraukos Carlos de Paz (https://www.flickr.com/photos/cdepaz/4979454151), CC BY-NC-SA.

DIY Genų inžinerija namuose – pramoga visai šeima...

Šio straipsnio pradinė idėja priklauso vienam neįvardijamam įtakingam astrofizikui, kuris paprašė manęs parašyti „genetinio modifikavimo pradžiamokslį”. Užsikabinusi už žodžio „pradžiamokslis“, smagumo dėlei paieškojau per „Google“, ar paprastas entuziastas galėtų nuveikti ką nors namuose, su ar be pradžiamokslio. Savo nuostabai, aptikau ne tik laisvai parduodamų paprastų genų inžinerijos rinkinių, bet ir visą sparčiai besivystančią DIY biologijos sritį.

DIY (iš angliško do-it-yourself, „pasidaryk pats“) biologija – tai yra sritis arba net judėjimas, apjungiantis žmones, kurie užsiima biologiniais eksperimentais savo iniciatyva ne profesionalios laboratorijos sąlygomis: namuose, garažuose ar meikerspeisuose. Tikslai gali būti įvairiausi: nuo elementaraus smalsumo patenkinimo, pramogos iki rimtų siekių padaryti proveržį farmacijos arba biologinių medžiagų srityje. DIY biologija traukia ne tik profesionalaus biologinio išsilavinimo neturinčius fanatus, bet ir profesionalus, nusivylusius institucinių tyrimų suvaržymais ir pertekliniu biurokratizavimu; žmones, kurie siekia tyrinėti, kas įdomu asmeniškai jiems.

Interviu su DIY biologijos reikmenų internetinės parduotuvės The ODIN įkūrėju Josiah Zayneriu.

DIY biologija pradėjo smarkiai vystytis daugmaž prieš dešimt metų, kai rinkoje atsirado pakankamai nebrangių alternatyvų bazinėms laboratorinėms priemonėms. Jeigu gerai panaršytumėt internete ir pasitartumėt DIY biologijos forumuose, neblogos naminės laboratorijos įrengimas JAV gali tilpti į 1000 dolerių biudžetą; Europoje gali tekti paplušėti smarkiau ir pakloti daugiau, bet mėgėjai dirba išsijuosę ne tik eksperimentuodami, bet ir vystydami sau reikalingų priemonių rinką – pavyzdžiui, alternatyvą paprastai laboratorinei centrifugai jau galima atsispausdinti 3D spausdintuvu.

Kiek legali yra tokia veikla, ar galima siųstis į Lietuvą ir naudoti genų inžinerijos rinkinius? Siuntimui, kiek suprantu, galioja ES įstatymai, kurie formaliai genų inžinerijos rinkinių nedraudžia. DIY biologijos darbus reguliuojančių įstatymų pas mus taip pat kol kas nėra, kaip beveik visoje Europoje – tik Vokietija jau pradėjo kreipti dėmesį į šią sritį. Tačiau, kai tik reikalas paliečia genetiškai modifikuotus mikroorganizmus (GMM), čia jau patalpoms darbams su jais yra taikomi tam tikri reikalavimai ir turi būti gautas leidimas – skirtingai nuo daugumos JAV valstijų. Tinkamą patalpą sunkiai įrengtumėte namuose (nors ES yra precedentų, kai leidimas dirbti su GMO buvo suteiktas privačiam asmeniui), bet viešai prieinamiems meikerspeisams Europos šalyse tokie leidimai suteikiami.

Taigi įsivaizduokime, jog bendraminčių būrelis kaip nors su patalpų įrengimu susitvarkė. Nuo ko patarčiau pradėti susidomėjusiems šia sritimi, kaip žmogus, nemažai ir dirbęs eksperimentinėje srityje, ir mokinęs dirbti kitus? Nuo pažaidimo su vienu ar kitu rinkiniu, paruoštu eksperimentavimui nuo A iki Z. Yra kelios parduotuvės, kurios tokius rinkinius siūlo. Paieška „Google“ išmetė net naminį tėvystės nustatymo testą. Tiesa, pastarasis pasirodė esąs viso labo mėginių paėmimo rinkinys, kuriuos reikia siųstis analizei į laboratoriją, tad šis su genų inžinerija neturi nieko bendro.

Bet bendro turinčių rinkinių pasirinkimas yra neblogas, nuo paprasčiausio savarankiško darbo „užaugink namie tamsoje švytinčias bakterijas“ iki rinkinio su garsiąja CRISPR sistema, prie kurios atradimo prisidėjo ir Lietuvos mokslininkai. Pastarasis rinkinys leidžia pačiam įvesti į bakteriją mutaciją, tačiau tik tam tikrą mutaciją; šiuo rinkiniu iš nekenksmingos bakterijos patogeninės pasidaryti pačiam neįmanoma.

Pakankamai ir smagus, ir paprastas būtų rinkinys iš kompanijos „The ODIN“, kuris leidžia pasidaryti iš paprastų mielių žaliai fluorescuojančias – tai yra, švytinčias žaliai, apšvietus jas mėlynos spalvos LED šviestuku. Galima naudoti mieles iš rinkinio, su jomis siūlyčiau eksperimentuoti bent pirmą kartą. O jei pirmas modifikavimas bus sėkmingas, galima pabandyti modifikuoti ir bet kurias kitas mieles – pavyzdžiui, pirktas parduotuvėje – ar net išsiskirti laukines mieles patiems.

Mieles arba bakterijas genetiškai modifikuoti yra pakankamai nesunku. Papildomas genas – šiuo atveju, genas, gaminantis fluorescuojantį baltymą, – yra įvedamas žiedinės DNR molekulės, vadinamos plazmide, sudėtyje. Gamtoje bakterijos ir mielės turi savo pagrindinį genomą: bakterijos – didžiulę vientisą DNR molekulę, vadinamą nukleoidu, o mielės – chromosomų rinkinį (pavyzdžiui, labiausia įprastos kepimo mielės Saccharomyces cerevisiae turi 16 chromosomų).

Tačiau šalia pagrindinio genomo mielės ir bakterijos gali turėti plazmidžių su papildomais genais, kurie nebūtini įprastam egzistavimui, bet suteikia praverčiančias savybes: pagerina neįprastų medžiagų įsisavinimą arba suteikia atsparumą antibiotikams. Tokiomis plazmidėmis mielės ir bakterijos gali apsikeisti tarp savo rūšies atstovų, o kartais net ir tarp rūšių, pavyzdžiui, vandens melsvabakterių ekosistemoje. Plazmidės yra plačiai naudojamos genų inžinerijoje.

Bakterijos ląstelės schematinis vaizdas su pagrindiniu bakterijos genomu (kairėje) ir keliomis įvairaus dydžio plazmidėmis (dešinėje). Šaltinis: Wikipedia.

Taigi šiame rinkinyje gausite kelis mielių ir plazmidės mėginius. Į plazmidę yra įstatytas fluorescuojančio baltymo genas (patobulintas genas, originaliai išskirtas iš Aequorea victoria medūzos), o taip pat kitas genas, kuris suteikia atsparumą antibiotikui. Rinkinyje bus dvi terpės miltelių pavidalu mielių auginimui. Terpes iki galo turėsite pasigaminti patys: iš miltelių, turinčių agaro, paruošti tokius lyg kietus drebučius specialiose lėkštelėse (irgi pridedamos).

Terpės, kaip minėjau, dvi: su ir be antibiotiko. Ant paprastos terpės kultivuojamos nemodifikuotos mielės, o ant terpės su antibiotiku galės daugintis tik tos mielės, į kurias pavyks įterpti plazmidę ir kurios turės, atitinkamai, du papildomus genus: kuris suteikia galimybę augti terpėje su antibiotiku ir kuris suteikia fluorescenciją. Besidauginama mielė turės kartu su nuosava DNR padauginti ir plazmidinę (plazmidė „maskuojasi“: turi savo sudėtyje trumpas sekas, kokias turi mielių chromosomos, prie jų jungiasi DNR kopiją sintetinantys fermentai).

Jeigu neskaitysite rinkinio instrukcijos toliau terpių paruošimo, o tiesiog sumaišysite mieles su plazmide, galite smarkiai nusivilti. DNR kopijos gaminimas – taip vadinamas replikavimas – reikalauja iš vienaląstės mielės nemažai resursų, ir ji nėra linkusi šiaip sau griebti iš aplinkos ir dauginti DNR, kurios jai nereikia. O fluorescuoti jai asmeniškai nereikia, tai eksperimentatorius nori priversti ją savo pramogai. Todėl rinkinyje yra dar keli papildomi reaktyvai, o instrukcijoje – nurodymai, kaip tais reaktyvais apdoroti mieles, laikinai pažeisti mielių ląstelę supančią kietą sienelę, kas pro ją galėtų patekti plazmidė.

Taigi iš principo darbų seka tokia:

  1. Paruošti terpes ir kai kurias papildomas smulkmenas;
  2. Apdoroti mieles (daugiausia darbo ir kruopštumo reikalaujanti dalis);
  3. Užsėti mieles ant lėkštelių ir palaukti porą dienų, kol užaugs. Apšviesti mėlynu LED šviestuku ir gėrėtis.

Žmonės iš tokių mielių net gamina fluorescuojantį alų!

Fluorescuojančios mielės Petri lėkštelėje ir aluje. Šaltinis: http://www.the-odin.com/

Iš esmės visiškai tokią pat procedūrą, kurią atliekate žaisdami su šiuo rinkiniu, atlieka ir mokslininkas laboratorijoje, kai jam reikia genetiškai modifikuoti bakterijas arba mieles. Tai yra reali, įprasta laboratorinė technika, ji vadinama bakterijų arba mielių transformacija plazmide. Aišku, laboratorijoje sterilumo reikalavimai griežtesni, plazmidė gali būti specifinė arba labai mažas jos kiekis, todėl net bakterijos gali būti ne paruošiamos transformacijai savarankiškai, o perkamos jau specialiai apdorotos. Bet principinė veiksmų seka visiškai ta pati.

Mikroorganizmai gali būti transformuojami siekiant ištirti tikslinių genų vaidmenį, įtaką pačiam mikroorganizmui. Bet kur kas dažniau pačios mielės/bakterijos naudojamos kaip įrankis plazmidei padauginti, kad vėliau iš didelio kiekio galima būtų išskirti ją ir, tarkim, specialiais fermentais iškirpti geną ir toliau juo manipuliuoti. Arba pasigaminti bakterijas/mieles, kurios gamins šioje plazmidėje užkoduotą baltymą – pirmas toks genų inžinerijos pradėtas gaminti baltymas buvo insulinas. Yra ir daugybė kitokių taikymų. Tad nenustebkite išgirdę, jog apie darbą su bakterijomis pasakoja draugas mokslininkas, kuris lyg tai dirba visai kitoje srityje, ir neišsigąskite, jog blogai jį buvote supratę. Greičiausia, jis turi omeny būtent tokį pagalbinį darbą.

Kiek tokie rinkiniai yra saugūs? Koks yra pavojus, jog eksperimentuodamas su jais mėgėjas sukurs ir išleis į aplinką kažkokį kenksmingą patogeną? Kiek esu šių rinkinių peržvelgusi, drąsiai galiu užtikrinti: pavojus daugmaž toks pat, kaip ir atsitiktinai susintetinti sprogmenis arba narkotikus atliekant bandymus iš smagios, beje, knygelės „Mėgintuvėlio kelionės“. Nors, aišku, patartina, prieš pereinant prie praktinės savo pomėgio pusės, susipažinti su bendra laboratorinių darbų sauga ir DIY biologijos etika.

Ir pabaigai – DIY reikmenų gamintojai. Didžiausias ir populiariausias paruoštų rinkinių gamintojas yra minėtas „The ODIN“. Taip pat rinkinių yra „Amino Labs“ ir „Synbiota“ resursuose. Kaip dėl atskirų laboratorinių priemonių – gamintojų, pardavėjų ir rekomendacijų tikrai netrūksta. Be to, laikas nuo laiko entuziastai organizuoja visokias crowdfunding iniciatyvas naujam rinkiniui ar produktui sukurti.

Techo naujienos į Jūsų el. pašo dėžutę: