Profesor genetiky z Harvardu George Church z pohľadu inžiniera na biológiu je priekopníkom mnohých technológií na sekvenovanie a syntézu – alebo, ako to hovorí, čítanie a písanie – DNA, vrátane takzvaných techník „novej generácie“, ktoré urýchlili a znížili náklady na sekvenovanie. Jeho práca sa oddelila od mnohých biotechnologických spoločností a je riaditeľom – a prvým dobrovoľným darcom – Projekt osobného genómu , ktorej cieľom je sekvenovať a zverejniť genómy 100 000 ľudí s cieľom zlepšiť naše chápanie ľudskej genetiky, biológie a zdravia. Tiež na cirkevnom zozname úloh? Prispievanie prezidentovi Obamovi Iniciatíva BRAIN a nie až tak malá záležitosť priviesť mamuta srstnatého späť z vyhynutia .
Science Friday sa rozprával s Churchom o genómoch a súkromí, o tom, prečo by vzkriesenie vyhynutých druhov mohlo byť prínosom pre ekosystémy, a o čase, keď prežil na úplne syntetickej strave.
Vedecký piatok: Projekt osobného genómu zhromažďuje množstvo genetických údajov, ktoré si vyžadujú analýzu. Ako sa vám podarí splniť výzvu?
George Church: Naša skupina, a mnohí ako my, každý deň interpretujú mnohé sekvencie celého genómu. Hlavnou prekážkou výskumu nie je výpočtová sila, ale získavanie zdieľateľných genomických a lekárskych informácií. Práve teraz sú všetky tieto silá [v aréne genómového sekvenovania] a počet síl rastie, takže každé silo musí mať svoj vlastný súbor genómov, aby bolo možné interpretovať. Ak to nezdieľajú, potom je štatistická sila nízka. Potrebujeme riešenie, ktoré nám umožní zdieľať tieto genetické údaje a údaje o vlastnostiach.
A projekt osobného genómu uľahčuje zdieľanie. Ako vznikol nápad založiť neziskovku?
V roku 2005 sme vyvíjali technológiu ako obvykle, starali sme sa o svoje vlastné podnikanie a uvedomili sme si, že technológia rýchlo rastie v priebehu niekoľkých mesiacov, od sekvenovania bakteriálneho genómu k väčším genómom. Ak by sme chceli urobiť človeka, museli by sme dostať povolenie. Pozrel som sa na to a bol som trochu prekvapený, že za súčasného stavu výskumníci sľubovali svojim subjektom anonymitu. Zdalo sa, že sekvencie genómu aj znaky boli vysoko osobne identifikovateľné a údaje sa tiež dali ľahko uniknúť. Povedal som, poďme preskúmať alternatívu k nečestnému sľubu, že dokážeme zabrániť opätovnej identifikácii genetických informácií, a namiesto toho naverbujeme kohortu, ktorá konkrétne rozumie tomu, do čoho sa dostáva. To bola prvá radikálna myšlienka v projekte Personal Genome Project. Bioetikom sa to páči, pretože sme k subjektom výskumu úprimní, a výskumníkom sa to páči, pretože môžu zdieľať údaje.
Naozaj chcete veľký súbor údajov o každej osobe a nie veľmi plytký súbor údajov s niekoľkými vecami o každej osobe. Na naše milé prekvapenie sme zistili, že dobrovoľníkov bolo vždy viac, ako bolo treba. Teraz sa projekt osobného genómu stal medzinárodným. Hádam by sa to dalo nazvať šírením sa vírusom, v dobrom slova zmysle.
Sekvenovanie celého genómu sa môže použiť v personalizovanej medicíne, ktorá zahŕňa prispôsobenie liečby jednotlivcom na základe ich genetickej výbavy. Aj keď myšlienka personalizovanej medicíny existuje už nejaký čas, veľa ľudí hovorí, že sa úplne neuskutočnila. Ako reagujete na kritiku, že sa to už malo stať?
Niektorí ľudia majú veľmi rigidné predstavy o tom, čo očakávajú od budúcnosti. Podľa mňa sa to už stalo. Personalizovaná medicína v podstate znamená molekulárnu biológiu a tú už nejaký čas máme. Existujú myšlienky farmakogenomiky [používanie genetických informácií na predpisovanie najúčinnejších liekov s najmenšími vedľajšími účinkami] ako „zabíjačská aplikácia“ a myslím si, že „zabíjačská aplikácia“ je vlastne testovanie nosičov [testovanie, či niekto nosí gén pre chorobu, ktorá by sa mohla preniesť na jeho dieťa]. Testovanie nosičov, ktoré máme od roku 1991, so známym patentom Myriad's [spoločnosť na molekulárnu diagnostiku] [génov náchylnosti na rakovinu prsníka, BRCA1 a 2] – ale teraz testujeme stovky génov. Naozaj nepoznám nikoho na planéte, ktorý by sa plánoval rozmnožovať, kto by dnes potenciálne nemohol ťažiť z testovania nosičov. Na personalizovanú medicínu nemusíme čakať ďalšie desaťročie. Máte k dispozícii tovar a služby – jednoducho nie sú správne inzerované, čo je dobré, pretože zvyčajná kritika je, že máme pole plné humbuku. No, toto je anti-hype, pretože personalizovaná, preventívna medicína [vo forme testovania nosičov] skutočne funguje, ale málo ľudí o tom vie.
Vaša práca presahuje ľudské genómy – teraz ste vedeckým poradcom projektu vyhladzovania, ktorý plánuje vzkriesiť osobné holuby a mamuty. Ako ste sa zapojili?
Vedel som o osobnom holubovi, ale v skutočnosti som ním nebol posadnutý tak, ako to urobil Ben Novak [výskumný konzultant zapojený do oživenia vtáka], jeden zo študentov, ktorí strávili leto v mojom laboratóriu. Ale keď sme sa dostali k téme, zrazu nám to cvaklo. Staroveké sekvenovanie DNA sa už rozšírilo. Ďalším krokom bolo zistiť, či sme pochopili, čo nám starodávna DNA hovorila vložením jej kúskov do existujúcich genómov. Takýmto spôsobom sa spojili moje záujmy a záujmy iných v starovekej DNA so syntetickou biológiou.
Prečo vzkriesiť druhy ako mamut srstnatý a osobný holub?
Myslím, že ide o kľúčové druhy a ekosystémy. Niektorí ľudia si myslia, že by sme sa mali sústrediť len na tie živé. Jedným zo spôsobov, ako sa zamerať na živých, je poskytnúť základné druhy, ktoré pomáhajú tým, ktorí sú stále nažive, lepšie prežiť. [Základný druh je organizmus, ktorý hrá neúmerne veľkú úlohu vo svojom konkrétnom ekosystéme.] Mamut a osobné holuby sú pravdepodobne najzákladnejšími základnými druhmi vôbec. Mamut bol určite najväčší v tundre. Osobné holuby boli najväčším kŕdľom vtákov vôbec - takmer päť miliárd vtákov. Jedli semená z gaštanov, bukov a iných stromov. Keď zmizli, tieto obrovské množstvá potravy, ktoré padali zo stromov na zem, spôsobili obrovskú populačnú explóziu hlodavcov. To spôsobilo populačnú explóziu v kliešťoch. Je pravdepodobné, ale nie dokázané, že to potom spôsobilo výbuch lymskej boreliózy. Cieľom je pomôcť ekosystémom, ktoré pomáhajú ľuďom.
Cieľom je tiež ohromujúce udalosti, ako napríklad Armstrong stojaci na Mesiaci – vedieť, že naše environmentálne snahy nie sú odsúdené na zánik, kde druhy jeden po druhom umierajú a už sa nikdy nevrátia. Vieme, že toto je niečo, čo môžeme vyhrať. Potom sa to stane skôr záležitosťou priorít ako otázkou nemožností.
Máš nejaký vedecký idol?
Keď som vyrastal, Luther Burbank, veľmi sa mi páčilo. Snažil som sa zopakovať niektoré z jeho experimentov ako dieťa, štepenie a tak ďalej. Bol botanik. Študoval veľa ovocných stromov, ako sú jablká a hrušky, a skúmal, ako môžete naštepiť jeden strom na druhý. Takže by ste mohli využiť strom, ktorý mal odolnosť voči infekcii v koreňoch, ale potom by iný strom mal dobré ovocie. Možno to skresľujem, pretože väčšina môjho zbožňovania Luthera Burbanka bola, keď som bol dieťa – toto všetko je spomienka na deväťročného chlapca, ktorý pravdepodobne číta populárno-vedecké knihy. George Washington Carver, veľa som o ňom nevedel, ale páčila sa mi myšlienka, že arašidy využije na mnoho rôznych spôsobov. Ako som vyrastal, začal som mať rád Barbaru McClintock a Freda Sangera a Eda Lewisa, z ktorých všetci mali veľmi, veľmi malé laboratóriá – ktoré som, samozrejme, nenapodobňoval, ale myslel som si, že je naozaj pôsobivé, koľko toho dokážu. len skutočne svojou namyslenosťou.
Zdá sa, že vás rastliny priťahovali už od začiatku. prečo je to tak?
Experimentmi som nechcel ubližovať zvieratám, zatiaľ čo pri rastlinách mi nevadilo vrúbľovať konár. Len som si myslel, že je to najväčšie vzrušenie, keď som mohol zaštepiť konár z jedného miesta na druhé, a o pár mesiacov neskôr to bolo úplne v poriadku, s trochou jazvy. Mal som aj dva skleníky plné orchideí. Moja matka bola právnička a jeden z jej klientov jej nemohol zaplatiť, tak jej zaplatil v orchideách. Naučil som sa veľa o orchideách.
Teraz si vegán. Ako to začalo?
Jedno leto som bol na štúdiu kvantovej fyziky na MIT a mal som nejaký voľný čas a zapojil som sa do štúdia stravovania. Nebol len vegánsky, bol úplne syntetický. Ich cieľom bolo pripraviť ma o leucín a zistiť, čo sa stalo. Samozrejme, zbavenie sa esenciálnej aminokyseliny, ako je leucín, zvyčajne nie je dobré. V nadmernom množstve môže spôsobiť poškodenie mozgu. Pravdepodobne sa tak stalo a možno by som bol úspešnejší, keby som sa nezúčastnil tejto diétnej štúdie. Ale v každom prípade som sa tým inšpirovala a v lete som sa naučila veľa výživy.
Udržať si vegánstvo pri cestovaní je trochu náročné, no fakt je taký, že s mojím metabolizmom naozaj nemusím jesť viac ako raz za pár dní. Niekedy vynechám všetky jedlá za deň. Jednoducho na to zabudnem, najmä ak moja rodina nie je nablízku. Sústredím sa na jednu konkrétnu tému, ktorou som posadnutý, a ak nie je nič, čo by ma vyrušilo. Len pokračujem.
Ako prichádzate na svoje nápady?
Máme nezvyčajné laboratórium [na Harvarde] je to veľmi interdisciplinárne, s množstvom nových vecí, na ktorých pracujeme a na ktorých nikto nepracuje nikde inde na svete. Je ľahké vymýšľať nové veci, pretože už žonglujeme s množstvom loptičiek, a tak sa zaujímavým spôsobom zrážajú. Keďže riešime problémy, ľudia za nami prichádzajú so zaujímavými problémami, pri ktorých urobili veľa práce – zarámovali to, čo je dôležité – a my len musíme zistiť, či je to z hľadiska technológie skutočne nízko visiace ovocie alebo nie.
Ako často sa nápad ujme?
Myslím, že je dosť zriedkavé, že nikdy nikam nechodia. Je to len otázka času. Niekedy predbehnú dobu. Niektorí ľudia hovoria, že predbehnúť čas je naozaj skvelé, ale v skutočnosti to skvelé nie je. je to frustrujúce. Čo musíte urobiť, je vedieť, ako dlho ho nechať na poličke – mať pripravenú myseľ, kde je myšlienka pripravená skočiť, keď sa objaví chýbajúci kúsok skladačky.