Jednostavno rečeno
Ispod tla koje je dugo smrznuto sačuvali su se tragovi sićušnih organizama iz prošlosti. Naučnici proučavaju te tragove i provjeravaju mogu li im pomoći da pronađu nove lijekove, ali put do toga je dug i skup. Važno je i da se poštuju prava autohtonih naroda i da oni pravedno učestvuju u koristima od istraživanja.
Ispod kanadske tundre, gdje trajni mraz otežava život većini organizama, naučnici traže genetske tragove mikroba iz davnih vremena. Cilj nije izvući gotov lijek iz komada leda, već proučiti biološke informacije sačuvane u tlu i vodi i utvrditi mogu li one dovesti do korisnih molekula. Istraživanje bi moglo otvoriti novi pravac u potrazi za antibioticima, ali postavlja i praktična i etička pitanja koja su jednako važna kao i naučna otkrića.
Šta može sačuvati smrznuto tlo?
Uzorci trajno smrznutog tla i arktičkih sedimenata sadrže genetski materijal koji se nakupljao tokom dugih vremenskih razdoblja. Dio tog materijala oštetio se s vremenom, pa slika koju istraživači dobiju nije uvijek potpuna ni očuvana. Ipak, i dijelovi genetskog koda mogu pružiti podatke o organizmima kojih više nema u današnjoj sredini ili o vrstama koje nauka još ne poznaje dobro.
Srijak Bhatnagar, koji vodi istraživačku grupu za bioinformatiku i mikrobiologiju okoliša na Univerzitetu Athabasca, ove uzorke opisuje kao historijski zapis mikroskopskog života. Njegov tim je tokom više godina prikupljao genetski materijal iz okoliša u kanadskim arktičkim vodama. Uzorci su važni jer bi mogli otkriti organizme prilagođene velikoj hladnoći ili drevne sojeve koji se ne uočavaju u uobičajenim istraživanjima.
Međutim, pronalazak genetskog traga ne znači da su pronađeni živi organizmi koji se mogu uzgajati ili gotov lijek. Istraživači moraju analizirati podatke iz uzorka, izdvojiti gene koji bi mogli biti povezani s proizvodnjom određenog spoja, a zatim tu pretpostavku provjeriti drugim metodama. Proces počinje čitanjem oštećenog molekularnog zapisa, a završava tek kada se utvrde funkcije gena, proizvede spoj i ispitaju njegova svojstva.
Potraga za genima koji se ne mogu vidjeti u laboratoriju
Dugo je jedna od najvećih prepreka u otkrivanju spojeva mikroorganizama bila nemogućnost da se oni uzgoje. Prema procjenama koje navode istraživači, oko 99 posto mikroba iz okoliša nije se moglo uzgojiti uobičajenim laboratorijskim metodama. Ako mikroorganizam ne raste u laboratorijskoj posudi, teško je posmatrati šta proizvodi i neposredno proučavati njegove hemijske procese. Tako je velik dio raznovrsnosti mikroskopskog života ostao izvan domašaja uobičajenih metoda.
Tehnike analize genetskog materijala iz okoliša, zajedno s očitavanjem DNK u pojedinačnim ćelijama, pomažu da se dio tih prepreka zaobiđe. Umjesto da čekaju da mikrob naraste, istraživači mogu prikupiti njegov genetski materijal iz uzorka i analizirati ga računarom, a zatim pokušati sastaviti sliku njegovog genoma. Potom traže skupine gena koje bi mogle djelovati zajedno i stvarati prirodni spoj. Takve skupine nazivaju se biosintetskim genskim klasterima.
Laboratorija Justina Nodwella na Univerzitetu u Torontu radi na prenošenju tih klastera u bakterije iz roda Streptomyces i koristi alate sintetičke biologije kako bi ih podstakla da proizvode spojeve. Ideja je da mikroorganizam domaćin, koji se može uzgajati u laboratoriju, pročita genetske upute preuzete od drugog organizma, čak i ako se taj izvorni organizam ne može uzgojiti. Ovakav pristup mogao bi omogućiti ispitivanje gena koji su u uobičajenim uslovima rasta ostajali neaktivni, a možda i proizvodnju prirodnih spojeva koji ranije nisu bili dostupni za proučavanje.
Od genetskog koda do spoja: dug i skup put
Pronalaženje zanimljivog genskog klastera ne znači da će istraživači odmah dobiti lijek. Neki od tih klastera veoma su veliki i mogu sadržavati oko 100.000 parova genetskih baza. Izrada ili sastavljanje tolike količine DNK zahtijeva mnogo rada i sredstava. Ako se ona umnožava u više faza, potreban je velik broj laboratorijskih reakcija, zbog čega svaki projekat predstavlja i tehnički i finansijski izazov.
Dodatni problem je utvrditi gdje klaster počinje, a gdje završava. Neke skupine gena očigledno su povezane s proizvodnjom određene molekule, dok je uloga susjednih gena nejasna: učestvuju li u stvaranju spoja ili imaju neku drugu funkciju? Ako hemijski proces kojim nastaje molekula nije poznat, teško je odlučiti koje gene treba prenijeti. Istraživači tada moraju kombinovati računarsku analizu i eksperimente, a prije nego što pronađu odgovarajuću kombinaciju možda će morati isprobati više mogućnosti.
Nije sigurno ni da će se genetske upute iz mikroba prilagođenog hladnoći dobro ponašati u laboratorijskom domaćinu koji je navikao na toplije uslove. Geni koji djeluju u svom izvornom okruženju možda neće raditi na isti način u drugom organizmu. Zato prilagođavanje klastera novom domaćinu traži izmjene i testiranja, a samo pronalaženje gena ne znači da će se željeni spoj automatski proizvesti.
Mogu li arktički tragovi dovesti do novih lijekova?
Istraživanje slabo proučenih sredina ulijeva nadu da bi se mogli pronaći spojevi drugačiji od onih koji su već mnogo puta ispitivani. Specijalizirani metabolizam mikroorganizama bio je izvor brojnih ljekovitih spojeva, među njima i lijekova protiv raka kao što su doksorubicin i rapamicin. Ovi primjeri podstiču pitanje šta bi moglo biti otkriveno u surovoj i izoliranoj sredini poput Arktika, u kojoj žive organizmi suočeni s neuobičajenim uslovima.
Ipak, istraživači ne očekuju da će svaki novi gen dovesti do terapije niti da će svaki prirodni spoj postati lijek. Istraživanja drugih sredina često iznova otkriju već poznate materije, što se ponekad naziva ponovnim otkrivanjem spojeva. Zato treba provjeriti nije li materija pronađena u uzorku zapravo ista kao spoj koji je već poznat. Čak i kada je riječ o novoj materiji, potrebno ju je dobro proučiti i provjeriti može li se proizvoditi u odgovarajućim količinama prije nego što se govori o njenoj medicinskoj vrijednosti.
Zato se vrijednost istraživanja Arktika ne mjeri samo brojem lijekova koji bi se mogli brzo pojaviti, nego i doprinosom razumijevanju raznolikosti mikroba i načina na koje oni stvaraju spojeve. Rezultat može biti obećavajuća materija, novo znanje o genima ili bolje razumijevanje ograničenja metoda analize i proizvodnje. I sami istraživači upozoravaju da ne treba pretjerivati s očekivanjima: od signala u podacima do terapije koja se može proizvoditi i distribuirati vodi dug put kroz brojne faze.
Čije je znanje pronađeno na Arktiku?
Rasprava se ne vodi samo o laboratorijima i troškovima. Kada se genetski podaci objave u javnim bazama, istraživači i kompanije iz različitih zemalja mogu im pristupiti i analizirati ih. Bhatnagar upozorava da bi komercijalna organizacija izvan Kanade mogla iskoristiti te podatke i razviti veoma vrijedan proizvod, dok zajednice povezane s tim resursima ili znanjem ne bi dobile pravedan dio koristi.
Ovo pitanje posebno je važno za autohtone narode koji žive na kanadskom Arktiku. Tradicionalno znanje o biljkama, liječenju i okolišu može biti dio kulturnog naslijeđa koje se prenosi generacijama, a ne samo informacija odvojiva od zajednica koje su ga sačuvale. Prema izvoru, Kanada nije strana Protokola iz Nagoye o pristupu genetskim resursima i podjeli koristi, što otvara pitanja o tome kako zaštititi biološka i kulturna prava tih zajednica.
Iskustva iz drugih područja pružaju razlog za oprez: tradicionalno znanje ranije je prikupljano, a zatim su iz njega izdvajane materije i tražena komercijalna zaštita, bez dovoljnog uvažavanja zajednica koje su to znanje čuvale i koristile dugo vremena. Zato se prikupljanje uzoraka i objavljivanje genetskih sekvenci ne mogu smatrati isključivo tehničkim pitanjima. O tome odakle znanje potiče, ko pristaje na njegovu upotrebu i ko ima korist od rezultata treba voditi računa od samog početka projekta, a ne tek nakon uspjeha.
Zaključak
Smrznuto tlo Arktika otvara prozor u davni mikroskopski život, a njegovi geni mogli bi otkriti hemijske procese korisne u budućoj potrazi za antibioticima i drugim ljekovitim spojevima. Da bi se ta mogućnost pretvorila u lijek, potrebno je prevazići teškoće u čitanju drevnih gena, njihovom prenošenju u odgovarajućeg domaćina i sastavljanju velikih, skupih genskih klastera, a zatim provjeriti je li dobijeni spoj nov i upotrebljiv. Istovremeno, nužno je poštovati prava autohtonih naroda i pravedno dijeliti koristi. Uspjeh istraživanja ne mjeri se samo onim što se iz smrznutog tla može izdvojiti, već i pravednošću načina na koji se to otkriva i koristi.