Od inzulinu k biopalivům

Vědci z Georgia Institute of Technology a Joint BioEnergy Institute donutili bakterii Escherichia coli, aby produkovala ekvivalent paliva JP-10, směsi uhlovodíků s vysokou energetickou hustotou, která se používá v americké armádě a letectvu a jako raketové palivo.

Bakterie dokáže syntetizovat uhlovodík pinen normálně produkovaný stromy – a jeho modifikovaná forma je podle nich schopná účinně nahradit vysokoenergetické palivo a také podnítit vývoj nové generace výkonnějších motorů (abstrakt).

Levnější palivo by mohl přinést i nápad Johna Ralpha, rostlinného biochemika z University of Wisconsin. Jeho tým docílil genetickým zásahem do cév v pletivu listů a dřeva, že se „nerozbitný“ lignin v topolech snadno rozpadá (abstrakt).

Naplní syntetická biologie své sliby a pomůže nám mimo jiné získat udržitelný energetický zdroj?

Když se ptám na syntetickou biologii odborníka na genomiku, profesora Václava Pačese, začnu jedním číslem, které uvádí ve zprávě z roku 2011 Expertní rada evropských akademií (European Academies Science Advisory Council – EASAC). Václav Pačes se na vypracování této zprávy podílel.

Vědci z Georgia Institute of Technology pózují se zkumavkami obsahujícími bakteriemi syntetizovaný uhlovodík pinen. Kredit: Rob Felt/Georgia Tech.

Odhady zahrnující aplikace od medicíny po zemědělství uvádějí, že by celosvětový trh se syntetickou biologií měl v roce 2013 dosáhnout 2,4 miliardy amerických dolarů. Platí to? — Tak počkejte, nejdřív si musíme říci, co pojem syntetická biologie vlastně znamená. Je to totiž termín dost nejasný. Pokud mluvíme o tom, že kvasinky nebo bakterie něco vyrábějí podle změněné dědičné informace, pak ano, tady se už dnes točí velké peníze.

Z čeho vlastně tedy ten termín vznikl? — Nejdříve vzniklo cosi, čemu se říkalo genové inženýrství. Pod to se zahrnovalo leccos, například  izolace genů a jejich přesuny – a to i lidských genů do bakterií nebo kvasinek. Postupně se přidalo proteinové inženýrství, kdy se cíleně změnil gen, třeba jeho chemickou syntézou nebo pomocí polymerázové reakce, a tím se změnila činnost proteinu tímto genem kódovaného. Typickým a asi nejstarším příkladem je výroba inzulinu. Dlouhou dobu se k výrobě inzulinu používaly hovězí nebo vepřové pankreaty. Ale tyto inzuliny nejsou totožné s lidským. Někteří lidé s cukrovkou je nesnášeli. Po nástupu genového inženýrství se podařilo izolovat lidský gen pro inzulin, vsunout jej do kvasinek – a  začal se používat humánní izulín produkovaný kvasinkami.

Získat lidský inzulin v dostatečném množství znamenalo velký pokrok. — Ale potom šly úvahy dál, dobře, co kdybychom změnili gen pro lidský inzulin? Co kdybychom kodony pro některé hydrofobní aminokyseliny, které snižují rozpustnost inzulinu, zaměnili za aminokyseliny hydrofilní – ty, které učiní inzulin rozpustnějším, takže by se mohl používat ve větších dávkách, aniž by krystalizoval v krvi? A což kdyby se ještě změnily aminokyseliny tak, aby byl inzulin stabilnější a aby nebyl v krvi tak rychle odbouráván? Třeba by se pak inzulin mohl aplikovat jen jednou týdně? Byly to první úvahy a začátky genového inženýrství.¹⁾

Zásadním krokem pro vznik oboru syntetické biologie byla chemická syntéza celého genomu, která se podařila Craigu Venterovi a jeho spolupracovníkům. — Syntetizoval genom bakterie Mycoplasma mycoides. Podařilo se jej vsunout do jiného kmene této bakterie, z níž byl její původní genom odstraněn. A bakterie se začala množit podle syntetické instrukce. Mezitím už vznikla i tzv. systémová biologie, která zkoumá ne už jednotlivé geny, ale sítě interakcí genů a proteinů v organismu.  Syntetická biologie je tedy obor založený na souboru metod, kterými je, a v budoucnu bude ještě víc, možné konstruovat organismy „na přání“.

Václav Pačes.Foto: Michal Maňas, licence: CC BY 3.0

Jaké další směry se teď dají očekávat? — Myslím, že s nástupem syntetické biologie se oživí některé projekty, jejichž řešení zatím selhávalo. Z oblasti biotechnologií je to například syntéza polyhydroxyalkanoátů (PHA) bakteriemi. PHA jsou látky, které mají vlastnosti polyetyléntereftalátu (PET), z něhož se vyrábějí lahve na většinu nápojů. Na rozdíl od PET by se PHA nemusel upravovat žádnými toxickými změkčovadly a byl by degradován na oxid uhličitý a vodu. Dosud ovšem nemůže PETu konkurovat cenou. Jiným tématem pro syntetickou biologii je mikrobiální degradace dřeva. To je téma velmi staré a dosud nevyřešené. Bez geneticky modifikovaných mikroorganismů se ale řešit nedá. Pro produkci biopaliv druhé generace to je tedy nezbytný předpoklad. Jen se obávám, že až zelení aktivisté, kteří se tolik zasazují o biopaliva druhé generace, zjistí, že je třeba používat GMO, tak obrátí a začnou to kritizovat.

Výroba lidského inzulinu nikoho netrápí, nikdo neprotestuje. Zato nedávná zpráva, že jistá biotechnologická firma bude vyrábět pomocí kvasinek vanilin, už vzbuzuje protesty. Ekologické organizace sepisují petici, je to velké téma. Proč je v prvním případě veřejnost klidná, a jindy šílí? — Inzulin byl jedním z prvních projektů, kdy ještě nebyli ochránci přírody tak aktivní jako dnes.²⁾ Na příkladu biopaliv druhé generace je vidět, jak občas nedomyslí důsledky svých programů, které se často kříží. Vezměme si například dotace biopaliv první generace. V Indonésii se kácí a vypalují pralesy, aby se tam pěstovala palma olejová. Vyplatí se jen proto, že jsou biopaliva silně dotovaná. Když už ty pralesy ničí, tak by měli spíš pěstovat plodiny pro potraviny. Hladu je tam až až.

Evropa obecně odmítá nové směry, genetické inženýrství, GMO, klonování, zato v USA, neřkuli Číně problém nemají a „jedou“. — Ano, geneticky modifikované plodiny jsou dnes běžně pěstovány na celém světě. Evropa v tom ale má velké zpoždění. Určitě to podlamuje evropskou konkurenceschopnost. A to nemluvím o regulaci energetiky. Myslím, že Evropská rada by se měla soustředit právě na takové zásadní problémy a nechat v maličkostech obyvatele žít podle svého.