De ce nu se poate rescrie un genom?

Patrick Yizhi Cai, expert în biologie sintetică la Universitatea din Manchester, reflectează asupra provocărilor rescrierii unui genom complet. În 2004, Big DNA Contest a încercat să stimuleze creativitatea în proiectarea secvențelor de ADN sintetic, dar nu a primit nicio aplicație. Această lipsă de participare reflectă nu doar limitările tehnologice de atunci, ci și dificultățile fundamentale ale rescrierii unui genom.

Complexitatea Insurmontabilă a Genomicii Sintetice

Un genom nu este doar o simplă secvență de ADN care poate fi modificată la voință. Proiecte precum JCVI-syn3A, o versiune minimală a Mycoplasma mycoides, și Synthetic Yeast Genome (Sc2.0), care a creat cromozomi artificiali pentru Saccharomyces cerevisiae, au demonstrat cât de dificil este să creezi un genom funcțional. O mare provocare constă în faptul că multe gene au funcții necunoscute sau interacționează în moduri imprevizibile. De exemplu, din cele 473 de gene ale primului genom minim creat la J. Craig Venter Institute, o treime nu aveau o funcție clar definită. Acest lucru subliniază complexitatea biologică care face imposibilă rescrierea unui genom fără a perturba funcțiile esențiale ale unei celule.

Imposibilitatea de a controla complet interacțiunile genetice

Biologia nu funcționează ca un program de calculator în care codul poate fi rescris fără consecințe neprevăzute. Akos Nyerges, cercetător la Harvard Medical School, subliniază că am subestimat enorm complexitatea interacțiunilor genetice. Deși modelele computaționale, precum cele dezvoltate de Lucia Marucci și Claire Grierson la Universitatea din Bristol, pot ajuta la predicția funcțiilor genetice, acestea sunt încă limitate în capacitatea lor de a anticipa toate efectele unei modificări genomice.

Recodificarea genomului: o limită fundamentală

Chiar și încercările de recodificare genetică, menite să creeze genomuri artificiale mai stabile sau să introducă funcții noi, întâmpină dificultăți majore. De exemplu, modificarea codului genetic al E. coli pentru a utiliza doar 57 din cei 61 de codoni naturali a necesitat peste 73.000 de modificări genetice, iar efectele neașteptate asupra reglării genelor au fost semnificative. Genomul nu este un text pe care îl putem rescrie cu ușurință. Rețelele de interacțiuni genetice, reglementările epigenetice și influențele externe creează un sistem atât de complex încât orice intervenție majoră riscă să ducă la instabilitate biologică.

De ce nu putem rescrie un genom

În ciuda progreselor, sintetizarea unui genom uman funcțional rămâne o provocare aproape imposibilă. Proiecte precum Sc2.0 au demonstrat că, chiar și la organisme simple, rearanjarea cromozomilor poate duce la incompatibilități și funcționalități alterate. La oameni, unde genomul este mult mai mare și reglementat la niveluri multiple, aceste probleme sunt exponențial mai complexe. Patrick Cai și echipa sa explorează ingineria genomică în organisme vegetale, precum cartoful, dar chiar și aceste eforturi se confruntă cu dificultăți enorme. Algoritmii avansați și inteligența artificială ar putea ajuta la proiectarea unor secvențe genomice mai coerente, dar nu pot rezolva problema fundamentală: imposibilitatea de a înțelege pe deplin toate interacțiunile genetice.

Genomul nu este un cod liniar, ci un sistem dinamic cu milioane de interacțiuni complexe. Orice încercare de rescriere completă se lovește de limitele înțelegerii noastre actuale, făcând la momentul acesta, imposibilă crearea unui genom artificial care să funcționeze la fel de eficient ca unul natural.

Sursă articol