John Craig Venter (Kredit: PloS One)

Kdo je Craig Venter

Narodil se v Salt Lake City v Utahu a škole moc nedal, od mládí trpěl poruchou ADHD (zkratka anglického „Attention Deficit Hyperactivity Disorder“). Jde o duševní a emociální poruchu projevující se neudržením pozornosti a hyperaktivitou. Jeho život je plný zvratů. Ačkoli byl odpůrcem války, byl odveden. Ve Vietnamu se pokusil o sebevraždu. Konfrontace se zmrzačenými a umírajícími mariňáky jej přivedla ke studiu medicíny. Jako vystudovaný fyziolog farmakolog s titulem PhD se oženil s doktorandkou, což si později, jako docent, zopakoval s mladší studentkou. A ještě později, už jako úspěšný podnikatel a profesor, ještě jednou. Asi nejvíce provokoval ve slavné době nástupu genomiky, kdy projekt mapování lidského genomu HUGO běžel na plné obrátky. Snažil se prosadit levnější metodu sekvencování, která později vešla ve známost jako „shotgun“ - brokovnice. Jsa nevyslyšen, trucovitě založil společnost Celera Genomics a drze se začal měřit s obřím mezinárodním konsorciem s takřka neomezenými finančními zdroji. Se svou partou několika nadšenců přečetl svůj vlastní genom (sekvenci DNA) a učinil to levně a tak rychle, že si jeho oponenti takový políček snad ani nezasloužili. Když se pak 26. června roku 2000 za přítomnosti Billa Clintona vyhlašovalo nahrubo přečtení lidského genomu, musel být Venter přizván. Datum vešel ve známost jako „den G“ a slavil ho celý svět. Řečníci a předřečníci význam zveličovali až jsme začali věřit, že jde o tak velký zlom, po němž léčení dědičných poruch a rakoviny, bude brnkačka.

... a jím řízený výzkumný ústav v Rockville, Maryland.

Divadlo pro media se hrálo i v Bílém domě
A věru těžko si představit atmosféru, kdy se na sebe usmívají tak rozdílné osobnosti jakými byli Francis Collins a Craig Venter. Collins, představitel Goliáše, do něhož natekly tří miliardy dolarů, se usmívá na „Davida“ ze soukromé instituce, který ho s hrstkou nadšenců pokořil. Oba rivalové měli k sobě i myšlenkově daleko. Ředitel projektu HUGO Dr. Collins, je hluboce věřící praktikující křesťan a autor řady knih o spolupráci a spojování  vědy s náboženstvím. Ateista Venter si zase z jeho formulací vydávajících genetiku za jazyk Boha, dělal šoufky, kde jen mohl. Collins na adresu agnostiků kontroval prohlášením ve smyslu, že jde o policajta stojícího mimo mísu. Moc věcí tou dobou ke slavení nebylo a tak se vlak popularity projektu HUGO rozjel a kdo mohl, využil ho ke svému zviditelnění. Venter u novinářů za svou dravost, jakou se pustil do čtení, si vysloužil svou první přezdívku - „Bill Gates genetiky“ a Collinse Benedikt XVI jmenoval členem Papežské akademie věd.

Francis Collins, ředitel Národního ústavu zdraví USA (Kredit: NIH)

Venter bodoval v britském časopise New Statesman a v  žebříčku padesáti osobností světa, které posunuly lidské poznání, zaujal 14. místo z padesáti a  Collinse Barack Obama nominoval na místo ředitele Národního ústavu zdraví (National Institutes of Health). Zatímco z Collinse se stal dobře placený ouřada, Venter dál makal rukama v laboratoři a světu představil první syntetickou bakteriální buňku. Nazval jí Synthia a do rodného listu jí jako otce provokativně venterovsky napsal: „počítač“. V odborné literatuře se o ní píše jako o „M. Mycoides  JCVI-syn1.0“. Když si název rozklíčujeme, zjistíme, že to první „M“ znamená mykoplazmu, tedy jednobuněčný organismus řazený mezi bakterie. „JCVI“ nám jasně dává najevo, že jde o produkt „John Craig Venter Institute”, jehož presidentem je (jak jinak) „John Craig Venter”.  Těžko říci, zda z jeho laboratoře pracovní označení jejich syntetického výtvoru, nechtěně, nebo to byl záměr k popíchnutí Collinse, ale svět se dověděl, že molekulu DNA častovali familierním označením Hail Mary Genome. Tehdy se od žurnalistů Venterovi dostává druhé přezdívky „Stvořitel 2.0“.

I když sám Venter o počinu hovořil "jen" jako o vytvoření “syntetického života", byl geniální tah. Ústav i město Rockville v Marylandu se rázem dostaly na výsluní světové popularity. Do  povědomí široké veřejnosti se čtenářům také rafinovaně podsouvala myšlenka využitelnosti nového mikroorganismu. Například notickou, že k vystopování případného neoprávněného využití buněk nějakým pracovištěm, jsou vybaveny něčím, čemu se na bankovkách říká “vodoznak”. Genetici ho vytvořili tak, že do syntetické molekuly DNA (tedy materiálu předávaného bakteriální buňkou na své potomky) zapsali jména všech 46  vědců, kteří na pokusu participovali. Přidali k tomu ještě tři citáty. A protože kdo dneska není na internetu, jakoby nebyl, zřídili a zapsali buňce do genomu I její e-mailovou adresu . Příroda ale nepoužívá “zavináč” ani interpunkci a při psaní pokynů v genetickém kódu si v molekule  DNA vystačí se čtyřmi písmeny (AGCT). Aby pomocí této “morzeovky” z písmen AGCT mohli zapsat všechna písmena jmen výzkumníků a také tečku, čárku, uvozovky,… museli do genomu připojit ještě vysvětlující kódovou tabulku.

Craig Venter, Bill Clinton a Francis Collins v bílém domě v den G.

I když to celé vypadá jako velká věda, nic složitého to není. A dokonce ani nového ne.  Anglická umělecká nadace (National Endowment for Science Technology and the Arts) již  na takový projekt vyčlenila finanční prostředky a bylo to už před dvanácti lety. A kdyby to umělcům tehdy evropský úřad právně nezatrhl, tak jsme přičiněním britské firmy Biopresence mohli již uctívat jména milovaných osob například v genomech jabloní. Mnohé hřbitovy by se dnes již podobaly více sadům na nichž by rostly „pomníky s vloženými prvky biologické jedinečnosti“ zemřelých. Místo pečování o kamenné náhrobky se jmény a zlacením, mohli pozůstalí pečovat o živoucí fotosyntetizující rostliny a mít dobrý pocit z toho, že vedlejším produktem uctívání předků je ochrana planety před oteplováním. Takový druh vzpomínky by měl ještě jednu praktickou stránku, třeba v podobě konzumace štrúdlu se jménem osoby blízké zakomponované do DNA jabloně. Těch, co si již tehdy uvědomovali, že konzumace genů není zdraví škodlivá nebylo málo, stejně jako těch co na tom nespatřovali nic morbidního. Zájem byl i o doplnění jména o dodatky, většinou o citáty z Bible. Úřady to nepovolili protože šlo o GMO.

Zvěčnění jmen amerických tvůrců do genomu bakterie Synthie z tohoto pohledu je vlastně jen oživením myšlenky Angličanů a jejím dotažením do finále. Jen místo „transgenního náhrobku“ v podobě jabloně jsou jména a citáty zapsány do bakterie. Z výzkumného pohledu nejde o nic, co by stálo za řeč. Argument, že to vědci vložili jako ochrannou známku pro vysledování případného zcizení organismu byl od samého počátku také lichý. Nejspíš měl posloužit jen jako protiargument na kritiku, kterou tvůrci očekávali. Šest let trvající nezájem o první Synthii, která praktické využití nenabízela, dal skeptikům ve věci, že „vodoznak je nesmyslem“ za pravdu. Pokud se na tehdejší počin podíváme pohledem agentury, která dirigovala  zviditelnění projektu a shánění prostředků na jeho pokračování, nezbývá než smeknout. Z mála se podařilo vytlouci maximum. Přesně uhodili na notu, kterou  žurnalisté a veřejnost milují - ať už jde o mikroba, meteorit, nebo kuře, hlavní je, že to je s rodokmenem.

Kolonie bakterií Mycoplasma mycoides. Kredit: J. Craig Venter Institute

A jak to je s tím vyzdvihovaným “syntetickým životem”?

Inu, doba je taková, že svět chce být klamán. I vědcům se vyplácí tak trochu přehánět. Není to trestné a konec konců to vyhovuje všem. Vlastníci privátních institucí rádi poslouchají o převratných objevech, prospívá to jejich akciím, když se v mediích podnik často skloňuje. Ústavy a university státního sektoru na tom nejsou jinak. Politici schvalující rozpočty potřebují dokládat, jak se jejich zásluhou daří udržet zdravé prostředí v němž poznání jen kvete. Volič, který to všechno platí, rád v údivu žasne a s nabytým pocitem světlých zítřků, s lehčím srdcem odevzdává předepsané desátky. Ani psychologové se už ani netají konstatováním, že u manažerů je ješitnost žádoucím charakterovým rysem.

Synthia 0.1 (celým jménem M. Mycoides JCVI-syn1.0) pohledem skenovacího mikroskopu. Kredit foto: Tom Deerinck a Mark Ellisman z National Center for Microscopy and Imaging Research, University of California, San Diego.

Nebude nás málo, co nám v hlavách po mediální masáži zkratkovitých zpráv zůstal v hlavě synaptický spoj mezi pojmy Venter – stvoření - syntetický život. S tou syntetikou to je šalamounsky řečeno. Třeba proto, že základem bylo něco, co už přirozený mikrob v genomu měl. Jen mu jeho DNA přečetly automaty a podle toho pak z předem nasyntetizovaných nukleotidů ve Venterově laboratoři sestavili jinou molekulu. Tedy aby bylo jasno – co do pořadí písmen naprosto stejnou molekulu, kterou předtím dala dohromady příroda. Ta nová se lišila jen tím, že do míst, kde to nepřekáželo, nacpali vědci několik zcela nefunkčních srandiček bez jakéhokoliv významu. Jako třeba již ona zmíněná jména výzkumníků. Ale abychom jim nekřivdili, nějaké malé přesuny z místa na místo tam přece jen udělali, ale i tak by výsledek právníci Ochranného svazu autorů (OSA) vzniklý produkt označili  za jednoznačné plagiátorství něčeho, co vytvořila příroda. Argumentovali by, že jen jedny automaty již hotový text jen přečetly a pak jiné automaty sestavily přesnou kopii téhož. Soudci by nezbylo, než Venterovi přišít neoprávněnou distribuci kopií. A ani by žalující strana nemusela dodávat, že k potvrzení funkčnosti syntetické molekuly museli tehdy venterovci dokonce zase žádat o spolupráci přírodu. Potřebovali od ní totiž jinou buňku - živou a zcela nesyntetickou. Ono totiž udělat buňku s organelami cytoplazmy, se totiž zatím nikomu nepodařilo a hned tak brzo ani nepodaří. Je mnohem složitějším konglomerátem převelice křehkých udělátek. Stabilní molekula DNA se s takovým filigránským výtvorem z proteinů, enzymů, membrán,... porovnávat nedá. Ve srovnání s tím je molekula DNA jednoduchou a nerozbitnou záležitostí, což dokumentují její stále starší nálezy v artefaktech sahajících mnohdy až do dob dinosaurů.

Dávno před Venterem začal zapisovat text do DNA Joe Davis z laboratoře biologie na Massachusettském technologickém institutu. Zavedl pro to dokonce termín: bio-umění. Z písmen genetické abecedy (nukleotidů) sestavil úryvek textu filosofa Herakleita a zabudoval jej do genomu banánové mušky. Na snímku Joe Davis přebírá ocenění 'Zlatá Nika".

Pro mnohé má vytvořená bakterie k syntetickému organismu poměrně daleko a spíš by na ní sedělo přirovnání “výměna managementu v dobře fungující továrně”. Dnes by se o stejné věci již psalo skromněji a asi jen jako o syntéze molekuly, která po přenesení do jiné buňky (z níž předtím její vlastní DNA vykuchali), se chová stejně, jako molekula přirozená.

Před týdnem J. Craig Venter zveřejnil další objev svého kolektivu. Světový tisk o něm zase píše v superlativech. Co nyní zamenají formulace jako “nejprimitivnější bakteriální genom”? O jak malý genom tu jde a k jakému užitku by tento počin mohl být dobrý?

Asi nás zarazí, že připravený genom není nejmenším genomem na světě. Ta mrška příroda je v komprimaci dat stále ještě lepší. Mikrobu Carsonella ruddii stačí ke spokojenosti ani ne polovina genů, kterými u svého “stvoření” nyní argumentuje Venter. Na toho úplně nejmenšího genového rekordmana s nárokem být se svými pouhými 182 geny v Guinessově knize rekordů, přišel mladý Japonec.

Mikrob s nejmenším genomem na světě žije v buňkách hmyzu Pachypsylla venusta, který připomíná vzhledem cikády a běžně se vyskytuje na stromech břestovec hladký. Foto: Jerry F. Butler, University of Florida.

Pomohla mu štěstěna, když na své výzkumy sbíral cestou do práce hmyz sající mízu na keřích v okolí laboratoře. Objevený genomový minimalista si s tak malým řídícím programem vystačí jen proto, že si řadu potřebných látek krade. Nejprve se myslelo, že jde o hmyzího parazita. Sáním šťávy z rostlin se živí hodně hmyzu a vypadá to jako obživa snadná. Jenže tak tomu zdaleka není. Strava je to na živiny chudá a proto si některý hmyz uvnitř svého těla hostí bakterie. Těm sladká šťáva stačí a svému chlebodárci za ní platí aminokyselinami. V případě bakterie s nejmenším genomem nejde o nitrobuněčného parazita ale o přítele symbionta. Hmyz, který je s touto bakterií zadobře a podstrojuje jí tak, že  pro ní vytváří speciální buňky v nichž jí dovoluje „parazitovat“, se jmenuje Pachypsylla venusta a saje mízu na stromech zvaných břestovec. Shlukům buněk chovajících bakterie se říká bakteriocyty a podobají se tak trochu primitivnímu orgánu.

Netřeba mít Venterovu týmu za zlé, že tento organismus ke svým hrátkám nepoužil. Fakt, že se bez hmyzu neobejde, by byl ke genetickým hrátkám zbytečnou komplikací. Logicky proto volil Mykoplazmu. Zprvu M. genitalium o níž bylo známo, že je nejmenším mikroorganismem schopným samostatné existence (bez nutnosti kultivovat ji v hmyzu). Tato bakterie už má genom větší a svůj život organizuje pomocí 525 genů. Pracovat s tímto mikrobem se také ukázalo jako slepá cesta. I když M. genitalium ke své spokojenosti hmyz  nepotřebuje, má zase jiné mínusy.  Je například původcem 20 % všech negonokokových uretritid. Nakaženým mužům hrozí, že by nemuselo zůstat jen svědivky, ale že se zánět rozšíří na nadvarle, způsobí zajizvení tkáně a přivodí neplodnost. I když nakažené ženy zdravotní obtíže vyžadující škrábát se v rozkroku většinou nemívají, co do rizika možné  neplodnosti jsou na tom s muži podobně. Byly I další důvody, proč experimentování s touto bakterií brzo skončilo. Zasloužila se jen o odhad počtu genů minimálního genomu.

Zvětšit obrázek

Na hmyzím tělíčku jsou patrny žluté skvrny, jsou to místa, kde endosymbiotické bakterie  Carsonella ruddii jsou součástí buněk těla svého hostitele. Jeden bez druhého se již nemůže obejít. Jsou to svědci evoluce, kdy se z bakterie stává organela. (Foto: Nancy Moran, The University of Arizona)

Práce se hnula dopředu až když Venterův tým přesedlal na jinou mykoplasmu (Mycoplasma mycoides). Specialistkou na plíce sudokopytníků. Také nebezpečnou nákazu, která se postarala o nejedno embargo na dovoz živých zvířat, ale k nám lidem infekční není a je nakloněná spolupráci. S její pomocí již mohli Venter a jeho lidé pokročit na tom, čemu říkali genom “Zdrávas Maria” a co stálo za nynějším výtvorem pojmenovaným Synthie 3.0 a jíž modelem  stála Synthie s číslem 1.0. 

Proč se Venter tak tvrdošíjně honí za nejmenším genomem?
Čtení genomu už dávno není problém. I ten náš gigantický - lidský, se třemi miliardami párů bází, zvládnou zájemcům přečíst mašinky do dvou dnů. U bakterie s řádově kratším návodem k životu, to je řádově snadnější. S hubnutím genomu, to už je jiná písnička. Přečtený genom je jen knihou, která nic neříká o významu jednotlivých kapitol. Největší neznámou zůstalo, co je v genomech důležité a co je balast a lze ho vystřihnout.  Proto výzkumníkům nezbylo nic jiného, než se vrátit ke staré osvědčené metodě:  pokus – omyl. Je to úmorná  práce, protože po každém vyšmiknutí (poničení) nějakého úseku je potřeba pracně v praxi prověřit, zda bakterii po takovém zmenšení zůstala ještě chuť do života a plodit potomstvo.

Vlevo Synthia 1.0 se svými 901 geny, vpravo její sestra Synthia 3.0 s pouhými 473 geny. Kredit: J. Craig Venter Institute

Poznávání, co je pro zachování života důležité a co ne, je přibližování se k samotným   kořenům života. Teprve znalost toho nejprimitivnějšího “modu” nám začne odhalovat co buňce zajišťuje základní funkce a co už je “nadstandard”. Minimální genom je tedy klíčem, který nám otevře dveře poznání  genů, které buňku učí spolupracovat, vytvářet tkáně a z jednobuněčného organismu dělá složitějšího živočicha,... Minimální sada genů nejnutnějších životních funkcí je to, čemu se v technických oborech říká platforma. Stejně se vyvíjí situace u biologů. I oni na svou “základní desku” budou jednou navěšovat moduly a montovat syntetické organismy podle požadavků uživatele. Vizionář Venter se netají úmyslem pustit se nyní do organismu efektivně rozkládajícího vodu na vodík a kyslík. V brzku by měla dojít řada I na buněčné “hlídací psy”, kteří by nám v těle pomáhali zvládat rakovinu či nedostatek žádoucích látek, případně jejich přebytek. Není to nereálné, jen bude potřeba nejdříve zjistit kaskády genů, které to či ono, zajišťují. A právě tomu Venterem ohlášený minimální genom je určen. Bez něj bychom se k těm dalším krokům nedostali.

Video: Zkrácený osmihodinový časosběrný snímek dokládá, jak se Syntia 3.0 ochotně množí. I se svým okleštěným genomem se má čile k světu.