Livets ambisiøse ingeniører

«Vi trenger dere! De mektige verktøyene deres fordrer ansvarlighet!» roper CIA-agent Ed You til studentene med fargesprakende t-skjorter som har kommet fra hele verden for å delta i syntetisk biologi-konkurransen iGEM (International genetically engineered machine competition). Vi er i Boston, i lokalene til Massachusetts Institute of Technology (MIT), i slutten av oktober 2009. FBI, som sponser arrangementet, forsøker å nå fram til de unge deltakerne: «Uten dere kan vi ikke overvåke bioterrorisme!» Piers Millett fra FNs kontor for biologiske våpen (Genève) snakker om å etablere retningslinjer «for en bedre sikkerhet som vil åpne for mer moro». For lekende utforskning er fortsatt drivkraften bak dette årlige arrangementet.

Konkurransen er relativt enkel: Hvert av de 112 konkurrerende lagene (til sammen 1700 studenter) i denne sjette utgaven av iGEM presenterer sin «hjemmelagde» bakterie. De klipper, poder og sliper gener for å lage bakterier som kan produsere legemidler, sende ut lukter, blinke i forskjellige farger, eller påvise arsenikk. I dette levende kjøkkenet av to dager fullstappet med presentasjoner, diskuteres ulike oppskrifter, noen bestrides, andre endres. Hvert studentlag har t-skjorter i samme farge, som et fotballag, de roper til konkurrentene eller svarer på etiske spørsmål fra jurymedlemmene. Det er et intenst intellektuelt eventyr, som avsluttes med en kveld på klubben Jillian i Boston, der deltakernes ansikter blir kontinuerlig projisert over to etasjer, mellom biljardbord, bowling og dansegulv.

Den eneste regelen i dette store «spillet» er å bidra til fellespotten. Alle resultatene lagres med fri tilgang («åpen kildekode») i samlingen av «bioklosser»¹ – biter av DNA som styrer bestemte funksjoner. «Vi har i dag rundt fem tusen,» sier en smilende Randy Rettberg, kunstig intelligens-ingeniøren som var med på å starte konkurransen, og åpner fryseren der BioBricks Foundation lagrer disse sekvensene av syntetiske gener. «Målet er et genetisk legosett,» forteller Tom Knight, som i likhet med Rettberg har gått fra dataprogrammering (software) til bioprogrammering (wetware).

Med biobrikkene har MIT skapt en standard for utveksling som gjør det mulig å forvalte «atskilte kompatible deler» av levende materiale, slik man gjør i dataverdenen med åpen kildekode eller i elektronikken med trykte kretser. Likevel forsyner ikke forskningsmiljøene seg hos MIT. «iGEM er underholdning for tenåringer,» mener Victor de Lorenzo, koordinator for programmet for syntetisk bioteknologi ved Senter for bioteknologi i Madrid. «Ingen av arbeidene kan publiseres, bevisene på gjennomførbarhet er som oftest utilstrekkelige. Som forskere bruker vi våre egne genetiske sekvenser, produsert i våre laboratorier.»

DET DREIER SEG om et veritabelt vendepunkt i den genetiske historien. I 1953 publiserte Francis Crick og James Watson beskrivelsen av dobbelhelix-strukturen til DNA-et, der den arvelige informasjonen lagres.² Et halvt århundre senere har menneskeheten akkumulert en imponerende mengde informasjon om livets molekylære sammensetning.

Den syntetiske biologien begrenser seg ikke til observasjon, den går nå over til å bli en ingeniørkunst. Den gjør virkelighet av utsagnet til fysikeren Richard Feynman om at «vi bare kjenner det vi lager». Faget som utøves i mer enn 10 000 laboratorier verden over, har blitt gjort mulig av at man i dag kan syntetisere raskere og tjue ganger rimeligere enn for ti år siden (ca. 0,35 euro per basepar, de kodende sekvensene i DNA), og fordi dagens datateknologi gjør det mulig å dissekere og skape levende systemer.

Syntetisk biologi er ikke lenger bare en perfeksjonering av molekylærbiologien – moderdisiplinen bak de genmodifiserte organismene (GMO). Bioingeniørenes ambisjoner er nå å programmere biologiske systemer basert på faste designprinsipper, standardmoduler og optimalisering. Forskerne snakker om «rammer», med henvising til støttetypen de poder funksjoner på. Enkelte går inn for å gjøre «disse biologiske skapningene radikalt annerledes enn de kjente organismene»,³ for å unngå å forurense den naturlige biologien (et uttrykk som ikke lenger er absurd). En måte å gjøre dette på er å bruke et alfabet som er forskjellig fra den naturlige biologiens ATGC («basene» adenin, tymin, guanin og cytosin). Det dreier seg ikke lenger om å manipulere gener og GMO, men om å skape genomer fra bunnen av og lage genetisk fabrikkerte organismer (GFO). I horisonten lurer «en industrialisering av biologien», forteller Richard Kitney, som leder Avdeling for biologiske og medisinske systemer ved Imperial College i London.

Sektoren opplever en frenetisk investeringsiver, som bæres oppe av nye spekulative markeder: energi (med produksjon av biobrensel og CO2-kvoter), farmasi (med organismer som gjøres til medikamentfabrikker), kjemi (med syntetisering av komplekse molekyler eller biologiske stoffer, organismer som kan påvise andre stoffer og rydde opp i forurensning). Disse bruksområdene er også vurderingskriterier i iGEM – nok et bevis på at vitenskap og marked glir stadig mer over i hverandre.

CRAIG VENTER var en av pionerene innen sekvensering av det menneskelige genom på 1990-tallet. 20. mai i år annonserte han i tidsskriftet Science at han hadde skapt den første syntetiske bakterien. Ved å sette sammen sekvenser kopiert fra bakterien Mycoplasma mycoides (som forårsaker lungesykdommer hos husdyr) klarte han å framstille et «kunstig» kromosom, dette injiserte han i en annen «gentømt» bakterie (Mykoplasma capricolum, som infiserer geiter). På denne måten skapte han en fungerende celle som reproduserte seg og dannet kolonier.

Tidsskriftet Nature Biotechnology har illustrert veksten i feltet med å publisere ulike definisjoner fra tjue eksperter på området.⁴ Bioingeniørene fokuserer på tre konkurrerende metoder. En retter seg mot de genetiske komponentene, en annen mot genomet i sin helhet og den tredje mot celleveggene.⁵

I den første kategorien finner vi sammensetningsmetoden (bottom-up) som iGEM fremmer. Ingeniørkulturen rundt retningens hovedskikkelse, Drew Endy, legger vekt på ideen om molekylære legoklosser. Ved å forvandle mikroorganismer til systemer som kan styres, har forskere som Tim Gardner, Jim Collins og Stanislas Leibler (Caltech) siden år 2000 vist at man kan designe standardmoduler som programmerer atferd.

Den andre tilnærmingen dreier seg om miniatyrisering (top-down). Det handler her om å skape et «minimalt levende genom», en slags grunnstruktur man kan pode en hvilken som helst funksjonell modul på. Et av teamene til Craig Venter har klart å redusere genomet til bakterien E. Coli med 15 prosent ved å fjerne ikke-kodende og ikke-vitale bestanddeler. Nobelprisvinner (1978) Hamilton Smith annonserte i januar 2008 at han hadde gjennomført en komplett syntese av kromosomet (redusert til 386 gener i stedet for 517) til bakterien Mykoplasma genitalium. Likevel gjenstår det fortsatt å bevise at dette kromosomet vil fungere hvis det injiseres i en bakterie strippet for arvemateriale.

DEN TREDJE METODEN knytter an til forskningen på livets opprinnelse. Den fokuserer på de selvorganiserende egenskapene til molekylene man finner i celleveggene. Forskere som Jack W. Szostak ved Harvard Medical School (Boston), forsøker på denne måten å skape protoceller, det vil si lukkede biologiske rom. Szostak, som skapte det første kunstige gjærsoppkromosomet, har påvist fettsyres bipolare spontane evne (noen tiltrekker vannmolekyler – hydrofili – den andre avstøter dem – hydrofobi) til å finne sammen og danne reaksjonssfærer i møte med vann.⁶ «Det finnes mange muligheter til å få fram selvorganiserende egenskaper,» forteller Szostak. «Replikasjonen vi i dag får til er ikke fullstendig autonom, men vi har aldri vært så nære å forvandle molekyler til levende organismer.»

Disse forsøkene minner om forskning på morfogenese (utvikling av former hos en organisme) som for hundre år siden ble utført av legen Stéphan Leduc, som skapte imitasjoner av former, farger, tekstur og bevegelse hos levende organismer i «kjemiske hager». I Biologie synthétique (1912) utviklet Leduc en ambisiøs fysiokjemisk teori om livet basert på sine materialistiske og antivitalistiske overbevisninger.⁷ 66 år senere, og med den genetiske revolusjonen i ryggen, tok ikke den polske genetikeren Waclaw Szybalski feil da han i 1978 forutså den syntetiske biologiens tilsynekomst: «Fram til nå har vi arbeidet med den deskriptive fasen av molekylærbiologien. Den virkelige utfordringen begynner imidlertid med forskningen på en syntesebiologi: Vi vil oppfinne nye elementer for kontroll og supplere eksisterende genomer med nye moduler, og skape fullstendig nye genomer. Det vil bli et grenseløst felt for tilvirkning av bedre kontrollerte kretser og syntetiske organismer. Jeg tviler ikke på entusiasmen og de nye ideene dette vil gi opphav til.»⁸

Det er lett å forstå entusiasmen til Drew Endy, som mener at «å programmere DNA er mye kulere, mer attraktivt og mektigere enn å programmere silisium.» Han vedgår likevel: «Den syntetiske biologien er den mest spennende plattformen vitenskapen har skapt, men den stiller også de vanskeligste spørsmålene. Skummelt som faen!»⁹

FAREN FOR INTENSJONELL eller uheldig spredning av disse kunstige organismene, skaper frykt. Hvordan skal man unngå at disse produktene ikke blander seg med de andre organismene, når de slippes ut av laboratoriene (i tilfellet med prosjekter for å rense opp forurensing, er det en forutsetning for å lykkes)? Med dette målet for øye har enkelte biologer gått inn for å begrense dem ved å bruke bærere av genetisk informasjon som er fremmed og inkompatibelt med dagens liv, såkalte xenonukleære syrer. Men selv om man klarer å forby all biologisk krysning, kan disse syntetiske organismene begynne å konkurrere med naturen om næring. Dermed må man også konstruere en «trofisk (ernæringsmessig) sperre»: organismen som tjener som ramme, må tilvirkes for bare å overleve i nærheten av substanser som er sjeldne eller ukjente i naturen, for eksempel fluor eller silisiumoksid. Dette vil hindre dem i å spre seg.

Andre bekymringer dreier seg om de enorme mulighetene for nye våpenformer. I 2006 rapporterte en journalist at han hadde klart å bestille koppervirus-DNA fra et privat selskap.¹⁰ Fellesskapet av «biologituklere» som kjøper DNA-sekvenser på nettet vitner også om farene ved en fri sirkulasjon av hjemmelagde gener.

Etter at genomene til farlige virus har blitt gjenskapt av Eckard Wimmer (poliomyelitt, ved State University of New York) og Jeffrey Taubenberger (spanskesyken, ved Armed Forces Institute of Pathology) må man konstatere at det er utarbeidet få sikkerhetsforanstaltninger. Det amerikanske firmaet Blue Heron Biotechnology oppfører seg eksemplarisk og nekter å følge opp farlige bestillinger. Firmaet scanner etter sekvenser fra biologiske agenter som er klassifisert som «bioterrorisme» og avviser forespørslene. Men knapt en tredjedel av bedriftene viser en slik varsomhet.

«Man burde bekymre seg for mangelen på realisme hos forskerne,» mener Alexander Kelle, forsker ved Bradford Disarmament Research Centre, som har gjennomført en undersøkelse innenfor forskningsprosjektet SynBioSafe.¹¹ En gruppe bestående av forskere, representanter fra amerikanske NGO-er og næringslivsledere har foreslått en plan for å kontrollere utarbeidelsen av DNA-sekvenser.¹² Enkelte går inn for å lovpålegge aktsomhet hos alle som tilvirker syntetiske genomer.¹³

Dagens regelverk for GMO kan anvendes på syntetiske organismer, men det er ikke lagd for organismer som er ment for å spres. Disse bør evalueres hver for seg.¹⁴ På internasjonalt nivå vitner de livlige diskusjonene rundt definisjonen av GMO om et sterkt ønske i enkelte grupper om å holde «kunstige organismer» unna denne merkelappen. Med et mål for øye: å unnslippe begrensningene i regelverket.

Letingen etter biologiske metoder for å skape energi ut fra landbruksprodukter, kan gjøre at stadig flere av disse ender på energi- eller kjemimarkedet, i stedet for å bli føde for mennesker. Under 4. Internasjonale konferanse for syntetisk biologi (Synbio 4.0), som fant sted i Hongkong i oktober 2008, publiserte kanadiske ETC Group (Action Group on Erosion, Technology and Concentration) en skremmende rapport om matvareressurser,¹⁵ som viste hvordan sukker-, petroleums- og kjemiindustrien er i ferd med å omstille seg, noe som åpner for gode inntekter for tilvirkerne av kunstig liv.

Oversatt av R.N.

Fotnoter:
1 http://bbf.openwetware.org.

2 Med nyttige bidrag fra krystallografen Rosalind Franklin, som klarte å ta det første bildet av deoksiribonukleinsyre (DNA).

3 Philippe Marlière, på nettundervisningsprogrammet «Université de tous les saviors», 7. juli 2008, www.canal-u.fr.

4 Nature Biotechnology, vol. 27, nr. 12, New York, desember 2009.

5 Maureen O'Malley, Alexander Powell, Jonathan F. Davies og Jane Calvert, «Knowledge-making distinctions in synthetic biolog», BioEssays, Cambridge, 2007.

6 Video presentert med artikkel av Alexis Madrigal, «Biologists on the verge of creating new form of life», www.wired.com, 8. september 2008.

7 Vitalismen er en filosofisk retning som hevder at det levende ikke kan reduseres til fysiokjemiske prosesser.

8 Waclaw Szybalski og Anna Skalka, «Nobel prizes and restriction enzymes », Gene, vol. 4, nr. 3, 1978.

9 Michael Specter, «A life of its own», The New Yorker, september 2009.

10 James Randerson, «Lax laws, virus DNA and potential for terror», The Guardian, London, 14. juni 2006.

11 Alexander Kelle, «Synthetic biology and biosecurity awareness in Europe», Bradford Science and Technology Report, nr. 9, www.brad.ac.uk.

12 «DNA synthesis and biological security», Nature Biotechnology, vol. 25, nr. 6, juni 2007.

13 Raymond A. Zilinskas og Jonathan B. Tucker, «The promise and perils of synthetic biology», The New Atlantis, Washington, 2006.

14 Michael Rodemeyer, «New life, old bottles», Woodrow Wilson International Center for Scholars, 25. mars 2009.

15 «Commodifying nature's last straw? Extreme genetic engineering and the post-petroleum sugar economy», ETC Group, http://etcblog.org.

(…)