Lehet, hogy a jövő útjait világító fák fogják szegélyezni, de nem a közeljövőét

bioluminescent-tree2-1024x568.jpg

Ha a “csináld magad” biológia (DIYbio) mozgalmának lenne hivatalos apostola, az egyértelműen Freeman Dyson lenne. A Princeton Egyetem nyugalmazott, kissé excentrikus, de zseniális fizikaprofesszorától sosem állt távol a mások által egyszerűen sci-finek minősített ötleteken való komoly filozofálás, legyen az atommeghajtású űrhajó, vagy távoli bolygókon (esetleg üstökösökön) életben maradó, saját üvegházat növesztő növények.

Egyik legnagyobb hatású, máig sokat idézett ilyen írása 2007-ben a The New York Review of Books-ban jelent meg és ebben a DIY-biológia olyan hurráoptimista utópiáját írja le, hogy azt olvasva még a legfásultabb olvasó is lemegy rendet csinálni a pincébe, hogy az esztergapadon a sellakos doboz mellett legyen hely a genomszerkesztő kitnek is. 

Ebben a dysoni világban a gyerekek belenőnek abba, hogy biológiai “legókkal” játszanak, felnőttként pedig a kisállattenyésztőknek és hobbikertészeknek kb. az Arduino programozás bonyolultságával összevethető nehézségekkel kell csak megküzdeniük, ha egy új élőlényt akarnak létrehozni.

Első pillantásra az utóbbi évek fényesen igazolták Dyson utópiáját. A szekvenálási költségek meredek csökkenése, az olcsó és egyszerű, újgenerációs genomszerkesztő technológiák elterjedése mind-mind “demokratizálta” a biológiát és ma viszonylag kis laborokban is lehetőség van olyan kísérleteket végezni, amelyek korábban csak az anyagilag legjobban eleresztett sztárlaborokban lettek volna elvégezhetők. Részben ennek is köszönhető, hogy a szintetikus biológia robbanásszerű fejlődésen ment át, a standardizált modulokat felhasználó, most már középiskolásokat is megszólító biológiai “programozó” verseny, az iGEM évről évre látogatottsági rekordokat dönt, és tavaly már-már imminensnek tűnt, hogy garázsreaktorokban szinte bárki előállítson opiátokat. A Popular Science már nem is azt feszegette, hogy hogyan, hanem hogy hol és mikor jelennek meg a “háziasított” biotechnológián alapuló design-alkalmazások.

Ebbe a DIYbio konjunktúrába, amelyről sokak számára úgy tűnt/tűnik, hogy a biotechnológia Steve Jobs-ai már a garázsban vannak, robbant be pár éve a Kickstarteren a “Glowing Plants” projekt, amely nem kevesebbel kecsegtetett (ha nem is azonnal, de középtávon), mint az utcai villanyvilágítás világító, biolumineszcens fákra való lecserélésével.

A projekt az egyik első közösségileg finanszírozott transzgénikus élőlényt hozta volna össze, amelyben a szentjánosbogarak biolumineszcencijáját biztosító genetikai útvonalat a növénygenetikusok kedvencébe, a lúdfűbe (Arabidopsis thaliana) ültették volna bele. Az ötlet mögött álló Antony Evans és csapata nyilvánvalóan ráérzett a Zeitgeistra, hiszen alig pár hét alatt közel félmillió dollárt dobtak nekik össze a lelkes támogatók (ami, kontextusba helyezve, egy kicsit több is volt, mint egy átlagos NIH kutatási támogatás, vagyis igazán tisztességes pénz). Ezzel a “Glowing Plant” projekt máig utcahosszal vezeti a közösségi finanszírozású GMO kategóriát, még csak megközelíteni sem sikerült senkinek ezt az összeget. Sőt, ha ehhez még hozzávesszük a Wefunderen begyűjtött 250 ezer dollárt, illetve a Y combinatortól támogatásként kapott 120 ezret, akkor már egy komoly kutatási támogatásról van szó.

Tehát minden adva volt: egy jópofa, viszonylag egyszerűnek tűnő ötlet (eredetileg 12 hónapot kértek a megvalósításra), elegendő támogatás, lelkes kísérletezők. És (egyelőre) mégsem jött össze, ami jól mutatja, hogy miért is nem árt picit szkeptikusan kezelni a DIYbio hype-ot.

crowdfunded_gmos_charts3x1400.png

A projekt mikroblogját, illetve a Kickstarteres update-eket olvasva viszonylag hamar világossá válik, hogy mint szinte minden élettudományi kutatási projektben, itt is hamar belefutottak a projektgazdák abba a problémába, hogy a rengeteg felhalmozott tudásunk még mindig csak a felszínt kapargatja és igazából eléggé primitív szinten tudunk szintetikus biológiát csinálni. Így hiába van meg a metodológiánk, hogy transzgénikus növényeket hozzunk létre, és hiába ismerjük a biolumineszcenciához szükséges biokémiai útvonalat szabályozó hat gént, az egészből egy működőképes egészet csinálni mégsem triviális.

Eleve mind a hat gén együttes bevitele bonyolultnak bizonyult, ráadásul a jelenlegi enzimeket felhasználva a biolumineszcencia csak igen gyenge világítást hoz létre a kis gyomokban. Ráadásul a kívülről bevitt új géneket a növény gyakran elhallgattatja, mert a természetes kontextus, amelyben egy eukarióta sejt ilyesmivel találkozna, az opportunista vírusok fertőzése, és a növénynek megvannak az eszközei a védekezésre, annak biztosítására, hogy az idegen DNS ne tudjon megnyilvánulni. Vegyük még ehhez hozzá, hogy az evolúció robusztus rendszereket hozott létre, amelyeket nem mindig triviális optimális állapotukból kizökkenteni és máris látható, hogy az egész kérdés bonyolultabb, mint amit egy söralátéten meg lehetne oldani. A problémákra persze léteznek megoldások, de ezekhez a szoftverek hibamentesítésével (debuggolásával) analóg, kísérlet – hibafelismerés – újratervezés – új kísérlet körökhöz sok időre van szükség, sokkal többre, mint amire a csapat vállalkozott – mára Evans is elismerte, hogy a terv jelenleg a határán van annak, ami elvileg lehetséges és (talán) megvalósítható.

Ezek a bosszúságok nem újak senkinek, aki valaha is molekuláris biológiával foglalkozott- a biológiai rendszerek általában elég stochasztikusak, sokkal kevésbé kiszámítható az egész, mint amikor egy vegyész lombikban szintetizál új vegyületeket. Ez a bizonytalanság pedig nem ritkán frusztráló helyzetekhez vezet, amikor minden ismereted szerint működnie kellene a dolognak, és mégsem.

Erre még rájön az is, hogy a molekuláris biológiai protokollok, bármennyire is részletesnek tűnnek, rengeteg dolgot nem írnak le, mert a szerzőik egyszerűen adottnak gondolják, olyan alapvetőnek, mint a lélegzetvételt. Pedig a legtriviálisabb műveletek is, mint például egy DNS-minta felvitele az agaróz gélre, némi gyakorlást igényelnek, még ha ha később reflexszerű mozdulatokká érnek is, és akkor nem szóltunk komplexebb, de a szaklabor mindennapjaiban természetes tevékenységekről. Ez a fajta “hallgatólagos tudás” az, ami miatt sokan alulbecsülik, hogy mennyi ideig tart egy-egy biológiai kísérlet elvégzése és ami miatt sokan hajlamosak túlbecsülni a DIYbiológia “sötét oldalának” veszélyeit is.

Ebbe a csapdába estek bele Evansék is, és ugyan nem adták fel, hanem továbbra is próbálkoznak – közben egy TAXA nevű, profit-orientált vállalkozást is létrehoztak -, de eleddig a világító növények helyett egy jóval szerényebb transzgénikus élőlényt tudnak csak sikerként mutatni: egy “természetes szagosítóként” reklámozott GM mohát.‌

Ennek létrehozásához elegendő volt egyetlen gént, az ún. pacsuli-szintáz enzimet kódolót, átvinni a jellegzetes szagú pacsuli növényből a mohába. Ami, bár marketingfogásnak kiváló és talán a Kickstarteres támogatókat is meggyőzi a szándék komolyságáról, még nagyon messze van az eredetileg kitűzött céltól.

És ennek fényében újraolvasva Dyson 2007-es cikkét, már az is jobban érthető, hogy egy biológus miért kezdi el forgatni a szemét, amikor fekete levelű, közvetlenül folyékony üzemanyagot előállító növényekről olvas. Mert ez naivitásában alig különbözik attól, ahogyan a 19. századi írók a Holdutazásról álmodoztak, az ott ránk váró fura lényekkel és városaikkal. Ami persze nem azt jelenti, hogy Dyson abban is téved, hogy a biotechnológia napjaink még fontosabb részévé válik, csak épp nem feltétlenül úgy, ahogy ő képzeli.

[via MIT Technology Review. A fedőkép a SUNY Big Ideas blogból származik.]

(A poszt eredetileg a ScienceMeetup blogjában jelent meg.)

11 thoughts on “Lehet, hogy a jövő útjait világító fák fogják szegélyezni, de nem a közeljövőét

  1. fordulo_bogyo

    Elvezettel olvastam, koszonom! Minden szavaval egyetertek. Ha szabad szemelyes elmenyeket megosztani: az 1980-as evekben L. Tamas kollegammal mar abrandoztunk a vilagito novenyekrol, elso kozelitesben csak disznovenykent, otthonra, hangulatvilagitasnak… mi nem a szentjanosbogar, hanem a Vibrio fisheri vilagito bakterium luciferaz genjeivel kepzeltuk el… egyszerubb a szubsztratum, rovid szenlancu zsirsav, nem a bonyolult luciferin… ugyanakkor sokkal budosebb a subsztrat… 😉

    Reply
  2. gojibogyo

    Mint minden élőlénynél, néhány 10 mV potenciál-különbség mérhető a fák törzsén (akár a talajban elhelyezett referencia elektródhoz képest, akár a törzs egy más pontjához képest).

    Nem lehet meghatározni egyértelmű potenciál-gradienst, ami érvényes lenne a gyökértől a lombkoronáig. Gyakorlatilag pontról pontra eltérő lehet a mért érték (egy élő szervezetről van szó, sejtek, szövetek alkotják; maga a nedváramlás is egy elég bonyolult, minden részletében máig sem tisztázott élettevékenysége a fának, korántsem modellezhető úgy, mint egy vízpotenciál-gradiens hajtotta vízáramlás egy hengeres csőben).

    Ami bizonyosan állítható, hogy a xilém-nedv áramlás intenzitásának változása korrelál a potenciál-különbség változásával a legtöbb esetben. Maga a gyökértől a lombkoronáig áramló nedv összetétele sem állandó, számos élettani folyamat hatásaként változik az egyes ionok koncentrációja, ezáltal a nedv vezetőképessége is. A xilém-nedv vegyi összetételének, elemtartalmának monitorozását a legtöbb sikerrel az ion-szelektív elektródok alkalmazása kecsegtet, de elég nehéz úgy beültetni, hogy a szállítóedényben ne keletkezzen embólia, ami a további nedváramlást megakadályozza.

    (Dr. Koppán András információja alapján)

    A fentiek alapján nehány led-del már világíthatunk. Javaslom tisztelettel a mérés ellenőrzését, mert a szavaimnak nem hisznek a tudós urak, hölgyek!

    Reply
  3. fordulo_bogyo

    @gojibogyo: Nagyon erdekeset irtal, reggel fogtam is a multimeteremet, ami 0.1mV-ig tud merni, es megmertem par noveny torzse es a talaj kozotti potencialkulonbseget. Es valoban: 20-70 mV kulonbseget talaltam. Azutan a noveny es a kezem kozott, ket kezem kozott, es mas helyeken is talaltam potencialkulonbseget 10mV nagysagrendben. Vegul megmertem egy pohar kozepesen tomeny sos viz ket pontja kozott a potencialkulonbseget. Ott is volt 50mV koruli potencialkulonbseg.
    Azt hiszem (ujra-)felfedeztem a galvanelemet. 🙂
    A tipikus LED 1.8-3.3V feszultsegen mukodik, a 0.1V edeskeves hozza… Ezzel szemben a biolumineszcencia energiaforrasa (ATP) ott van minden elo sejtben.
    Kerdesem lenne: Te megmerted a feszultseget, es kiprobaltad a LED-t, mielott irtal volna?

    Reply
  4. Karinthy-paradoxon

    mintha nem a világító fákra, hanem a “sárga legyekre” lenne nagyobb esély,
    habár a rémálmaikat a tudósok ritkán osztják meg …
    – x –
    “Esvelt first worked out the idea for a CRISPR gene drive in 2014 and filed his patent. He did his work mostly on paper. But his fears of risky lab work were realized a few months later when a lab in California arrived at the idea independently and used it to turn black fruit flies yellow, implementing less than perfect safety controls.

    What if one of the flies had escaped? “My nightmare is a wave of yellow flies spreading across the country,” says Esvelt. He imagines a corresponding wave of negative media coverage and loss of trust in scientists.”

    http://www.technologyreview.com/s/602633/stop-gene-spills-before-they-happen/

    —-
    a
    “The Broad Institute noted, in a statement explaining the restrictions,
    that gene drives have “the potential to disrupt ecosystems.””
    témáról pedig lehetne egy frissített cikk .
    ( legalábbis a pozitív kezdeményezésekről –
    amelyek jelzik,hogy a tudósok érzékelik a probléma súlyosságát )
    –x–

    Reply
  5. gojibogyo

    @gojibogyo: meglepetéssel olvastam – nem ellenőriztem

    Egyetlen krumplival egy hónapig égethetünk egy LED égőt. Hihetetlen, de IGAZ!
    Világ2016/04/12

    2.4k
    Megosztás
    Share
    Tweet
    Tudtad, hogy egy krumpli segítségével akár egy kisebb szoba világítása is megoldható?

    krumpli1

    A kutatók szerint a minimum 8 percig főzött burgonya akár hetekig is szolgáltathatja az áramot egy LED-es lámpához. Az állítást nagyon egyszerűen le lehet tesztelni akár most rögtön.
    A burgonyából készült elemet az izraeli Yissum cég fejlesztette ki, és ingyen adná át azon országok lakóinak, ahol még mindig nincsen elektromos áram. A jeruzsálemi kutatók olcsó és környezetbarát módszert találtak fel, melyet mi magunk is kipróbálhatunk otthon.

    Haim Rabinovitch szerint egy előzőleg megfőzött, vastagabb burgonyaszelethez, ha egy réz katód, és egy cink anód lapot rögzítünk, akkor szinte ingyen juthatunk áramhoz. Bebizonyították, hogy ezzel a módszerrel akár egytizedével csökkenthető az áramfogyasztás azokban a háztartásokban, ahol energiatakarékos égőt használnak.

    Egy krumpli segítségével akár negyven napig is képes működni egy LED-izzó, ennyi idő alatt pedig lényegesen spórolhatunk az árammal.

    Reply
  6. fordulo_bogyo

    @gojibogyo: Nem a burgonya, hanem a rez es cink az ami fogyoeszkoz ebben az elemben… Kerdezd meg, mennyiert adjak a ket elektrodot, es azok mennyi ideig szolgaltalnak aramot…
    Nem a krumpli. Kozonseges sos vizben is ugyanigy mukodnek.

    Reply

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.