Czy można stworzyć sztuczne życie?

Czy życie to tylko skomplikowana maszyna biologiczna, którą można rozebrać na części i złożyć na nowo? A może istnieje jakaś fundamentalna „iskra” – nieuchwytna i niemożliwa do odtworzenia?

Pytanie o sztuczne życie to nie tylko problem filozoficzny, ale przede wszystkim techniczny. Jeśli udałoby się je zsyntetyzować, oznaczałoby to, że istotę życia da się sprowadzić do mechanistycznego procesu, który można zaprojektować, zoptymalizować, a nawet udoskonalić.

Współczesna biologia syntetyczna przekracza granice, które jeszcze niedawno wydawały się nieprzekraczalne. Naukowcy projektują organizmy, które nigdy nie istniały w naturze, a biotechnolodzy eksperymentują z nowymi formami kodu genetycznego, które mogą funkcjonować na zasadach odmiennych od tych, jakie stworzyła ewolucja.

To jednak prowadzi do fundamentalnych pytań:

Czym właściwie jest życie?

Życie to jedno z tych pojęć, które intuicyjnie rozumiemy, ale trudniej zdefiniować. Na poziomie biologicznym organizmy muszą spełniać pewne kryteria: powinny być zdolne do metabolizmu, samoreplikacji, adaptacji i reakcji na bodźce. Jednak nawet wśród naukowców nie ma pełnej zgody co do tego,

W klasycznej definicji życia podanej przez biologów organizm żywy to „samowystarczający system chemiczny zdolny do darwinowskiej ewolucji”.

W tym ujęciu wirusy, choć posiadają kod genetyczny i mogą ewoluować, nie są uważane za w pełni żywe, ponieważ nie potrafią się rozmnażać bez gospodarza. Jednak co z organizmami syntetycznymi? Jeśli stworzymy układ zdolny do samodzielnej replikacji i ewolucji, czy nie powinien on zostać uznany za nową formę życia?

Niektórzy filozofowie, tacy jak Daniel Dennett, argumentują, że życie to proces, a nie byt – nie ma jednej właściwej definicji, ponieważ jest to kontinuum złożonych systemów, które w różnym stopniu wykazują cechy organizmów. W świetle tej perspektywy biologia syntetyczna nie tyle „stworzy życie”, ile poszerza jego definicję, wprowadzając nowe formy, które mogą funkcjonować według własnych zasad.

Biologia syntetyczna to interdyscyplinarne podejście do nauk przyrodniczych, które łączy inżynierię genetyczną, informatykę i biotechnologię. Jej celem nie jest tylko modyfikacja istniejących organizmów, jak w tradycyjnej inżynierii genetycznej, lecz projektowanie zupełnie nowych układów biologicznych, które mogą pełnić określone funkcje.

To podejście przypomina inżynierię oprogramowania, gdzie kod genetyczny traktuje się jak język programowania, a organizmy żywe – jak platformy, które można modyfikować i optymalizować.

Zwolennicy biologii syntetycznej widzą w niej rewolucję porównywalną do narodzin informatyki. Jeśli uda się w pełni zrozumieć zasady, według których działa życie, możliwe będzie nie tylko jego edytowanie, ale także tworzenie zupełnie nowych bytów, nieznanych wcześniej w przyrodzie.

Przeciwnicy zwracają jednak uwagę, że wciąż daleko nam do pełnego zrozumienia mechanizmów biologicznych. Życie to nie tylko zbiór reakcji chemicznych, ale skomplikowana sieć interakcji, które trudno przewidzieć. Każda zmiana w organizmie może prowadzić do nieprzewidzianych konsekwencji, a sztucznie stworzone układy mogą zachowywać się w sposób niekontrolowany.

Pionierzy nowego życia

Biologia syntetyczna, choć jako termin pojawiła się już na początku XX wieku, swoje znaczenie zyskała dzięki pracy wielu współczesnych naukowców, którzy położyli podwaliny pod tę interdyscyplinarną dziedzinę. Ich badania i innowacje nie tylko poszerzyły nasze rozumienie mechanizmów życia, ale także otworzyły drzwi do tworzenia nowych, sztucznych systemów biologicznych.

Wszystko zaczęło się w 1912 roku, kiedy to francuski biolog Stéphane Leduc opublikował dzieło zatytułowane „La Biologie Synthetique”, w którym przedstawił koncepcje dotyczące tworzenia życia w warunkach laboratoryjnych. Jego eksperymenty polegały na tworzeniu struktur przypominających organizmy żywe poprzez procesy chemiczne, takie jak osmoza i dyfuzja. Choć prace te były bardziej zbliżone do chemii fizycznej niż do współczesnej biologii syntetycznej, Leduc wprowadził termin „biologia syntetyczna” i zainspirował przyszłe pokolenia naukowców do myślenia o możliwości tworzenia życia od podstaw.

Jest także polski akcent. Profesor Wacław Szybalski, wybitny genetyk i biochemik, jest uznawany za jednego z twórców biologii syntetycznej. W 1973 roku, podczas konferencji w Zichron Ja’akow w Izraelu, Szybalski przedstawił swoją wizję tej dziedziny, podkreślając, że dzięki nowym technikom inżynierii genetycznej naukowcy będą mogli nie tylko analizować, ale i projektować oraz tworzyć nowe formy życia.

Jego prace nad transferem genów i manipulacją DNA były pionierskie i stały się fundamentem dla dalszego rozwoju biologii syntetycznej.

W latach 90. XX wieku informatyk Tom Knight z Massachusetts Institute of Technology (MIT) zwrócił uwagę na potencjał standaryzacji w biologii. Wprowadził koncepcję tzw. biobricków – standardowych części biologicznych, które można łączyć w modułowy sposób, podobnie jak klocki LEGO. Ta idea umożliwiła tworzenie złożonych układów genetycznych w sposób bardziej przewidywalny i efektywny.

Nie można zapomnieć także o prof. George'u Churchu z Uniwersytetu Harvarda, którego badania koncentrują się na sekwencjonowaniu genomu, edycji genów oraz tworzeniu syntetycznych układów biologicznych. Church jest współtwórcą technologii CRISPR/Cas9, która zrewolucjonizowała możliwości precyzyjnej edycji DNA.

W jednym z wywiadów stwierdził: „Biologia syntetyczna daje nam narzędzia do przekształcania życia w sposób, który wcześniej był nie do pomyślenia”.

Organizmy spoza natury

Przez miliardy lat DNA wszystkich organizmów na Ziemi posługiwało się tym samym podstawowym kodem: czterema zasadami azotowymi – adeniną (A), tyminą (T), cytozyną (C) i guaniną (G).

To uniwersalne prawo było fundamentem życia, ale w 2014 roku zespół dr Floyda Romesberga z The Scripps Research Institute postanowił je zmienić. Naukowcy dodali do bakterii Escherichia coli dwie nowe, syntetyczne zasady – nazwane X i Y – rozszerzając naturalny alfabet genetyczny.

Dzięki temu bakteria mogła przechowywać i przetwarzać informacje genetyczne w sposób, który wcześniej nie istniał w naturze. To przełomowe odkrycie udowodniło, że kod życia można rozbudować o zupełnie nowe elementy, co otworzyło drogę do syntezy białek o właściwościach, jakich nie wykształciła ewolucja.

Eksperymenty w dziedzinie biologii syntetycznej nie ograniczają się jednak tylko do dodawania nowych zasad azotowych – równie istotne jest zrozumienie, jak niewiele genów wystarcza do podtrzymania życia.

Tylko 473 geny

W 2016 roku Craig Venter i jego zespół z Synthetic Genomics Inc. zaprojektował organizm, zawierający jedynie 473 geny – absolutne minimum potrzebne do przeżycia i replikacji. Taki organizm, nazywany Mycoplasma mycoides (JCVI-syn3.0), został stworzony całkowicie syntetycznie i miał potencjał do bycia fundamentem dla przyszłych organizmów zaprojektowanych do ściśle określonych celów. „To krok w kierunku zrozumienia, czym jest życie w swojej najbardziej podstawowej formie” – komentował Venter.

Ale inżynierowie biologii nie zatrzymali się tylko na minimalizacji genomów. Kolejnym wyzwaniem stało się wprowadzenie do organizmów nowych funkcjonalnych składników, które nie występują w naturalnym świecie.

W 2017 roku naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge opracowali bakterie, które potrafią budować swoje białka z nienaturalnych aminokwasów. To przełom, który pozwala projektować struktury biologiczne o nowych, precyzyjnie zaprogramowanych właściwościach.

Kolejne lata przyniosły jeszcze bardziej spektakularne osiągnięcia. W 2019 roku naukowcy z Cambridge skonstruowali bakterie Escherichia coli z całkowicie syntetycznym genomem, w którym tradycyjny kod genetyczny został przeorganizowany.

Poprzez zastąpienie kodonów stop nowymi wersjami, badacze stworzyli organizmy odporne na infekcje wirusowe. Taki przeprojektowany genom oznaczał, że naturalne wirusy nie potrafiły infekować tych bakterii, ponieważ ich system translacji białek działał na innych zasadach niż w naturalnym świecie.

To odkrycie otwiera drzwi do tworzenia bakterii odpornych na wirusy i zmniejszenia ryzyka ich mutacji w środowisku przemysłowym czy medycznym.

Jednak najbardziej niezwykły krok w kierunku tworzenia organizmów spoza natury przyszedł całkiem niedawno, bo w 2020 roku, kiedy badacze z Uniwersytetu Vermont i Uniwersytetu Tufts zaprezentowali tzw. ksenoboty – żywe, samoorganizujące się mikromaszyny zbudowane z komórek embrionalnych żaby Xenopus laevis.

Ksenoboty mogą poruszać się, transportować mikroskopijne ładunki, a nawet regenerować się po uszkodzeniu. Ich zachowanie nie przypomina żadnego znanego organizmu, co sprawia, że są pierwszym przypadkiem „żywych robotów”, zaprojektowanych przez człowieka, ale funkcjonujących na zasadach biologicznych.

Zabawa w Boga

Biologia syntetyczna to nie tylko przełomowa dziedzina nauki, ale także narzędzie, które daje nam władzę nad fundamentami życia. Możemy projektować organizmy, które nigdy nie istniały w naturze, modyfikować zasady genetyczne, a nawet tworzyć formy, które pod względem funkcjonalnym wykraczają poza to, co znamy.

Historia nauki pokazuje, że każda technologia, która daje człowiekowi większą kontrolę nad światem, budzi zarówno ekscytację, jak i obawy. Wynalezienie energii jądrowej pozwoliło na produkcję czystej energii, ale także stworzyło broń zdolną do unicestwienia ludzkości.

Podobnie biologia syntetyczna niesie nadzieję na rozwiązanie globalnych problemów – może pomóc w walce z chorobami genetycznymi, zapewnić nam odporność na wirusy czy stworzyć organizmy, które oczyszczą planetę z plastiku. Jednak ta sama technologia daje również możliwość niekontrolowanego eksperymentowania na poziomie, którego konsekwencji nie jesteśmy w stanie przewidzieć.

Filozofowie nauki i bioetycy od lat zadają pytanie: gdzie kończy się inżynieria życia, a zaczyna „zabawa w Boga”? Czy projektowanie nowych organizmów to wyłącznie rozszerzenie naszych umiejętności technicznych, czy przekroczenie granicy, której nie powinniśmy przekraczać?

Czy tworzenie życia to tylko kolejny etap rozwoju cywilizacji, czy też moment, w którym zaczynamy igrać z siłami, których jeszcze nie rozumiemy?

George Church, jeden z czołowych badaczy biologii syntetycznej, uważa, że to nie samo tworzenie nowych form życia jest ryzykowne, ale brak kontroli nad konsekwencjami.

Ale czy rzeczywiście wiemy? Jak nas naucza pewna komiksowa postać: z wielką mocą wiąże się wielka odpowiedzialność. Musimy odpowiedzieć sobie na fundamentalne pytanie: czy potrafimy przewidzieć skutki tego, co właśnie zaczynamy tworzyć?