"Esimest korda ajaloos on tehisaru võimeline looma sidusaid genoomi mõõdus DNA-järjestusi," kinnitas Stanfordi ülikooli arvutusliku bioloogia professor Brian Hie: "Järgmine samm on tehisaru abil loodud elusorganism". Samas rõhutas tema kolleeg Samuel King, et terve elusorganismi loomiseks on vaja veel palju olulisi katselisi läbimurdeid, kirjutab NatureNews.

Hie, King ja nende kolleegid laadisid esialgu töö eeltrükina üles võrguvaramusse bioRxiv ehk seda pole põhjalikult hinnanud veel teised teadlased. Autorite sõnul näitab aga töö tehisaru võimalusi uute biotehnoloogiliste vahendite ja bakterivastaste raviviiside loomiseks. Näiteks loodavad nad, et tehisaru abil saab täiendada olemasolevaid viirustel põhinevaid ravimeetodeid ning tulevikus tugevdada antibiootikumiresistentsete haigustekitajate vastaseid ravivõimalusi.

Tehisaru loodud genoomijärjestused

Teadlased on kasutanud tehisarul põhinevaid mudeleid küll varem DNA-järjestuste ja valkude loomiseks, kuid kogu genoomi kavandamine on märksa keerulisem. Selle juures peab arvestama geenide omavahelise mõju, replikatsiooni ja regulatsiooni protsessidega. Teisalt avab just terviklik genoom ligipääsu paljudele varem kättesaamatutele eluslooduse protsessidele ja elusorganismide võimetele.

Uurijad kasutasid kahte olemasolevat tehisaru mudelit, mida treeniti eelnevalt DNA, RNA ja valkude järjestuste analüüsimiseks ja genereerimiseks. Töörühm võttis aluseks lihtsa DNA-viiruse ΦX174, mille genoom koosneb vaid 5386 nukleotiidist ja 11 geenist. Ühelt poolt oli see eesmärgi saavutamiseks võimalikult väike, aga samas piisavalt suur, et anda viirusele võimekus baktereid nakatada ja end neis paljundada.

Kuigi mudelid olid treenitud enam kui kahe miljoni baktereid nakatava viiruse ehk faagi genoomi põhjal, õpetasid teadlased tehisarule looma ka viiruseid, mis suudaksid nakatada antibiootikumresistentseid soolekepikese (Escherichia coli) tüvesid.

Teadlased genereerisid esmalt tuhandeid uusi järjestusi ja valisid nende seast välja 302 potentsiaalset faagi. Lõpuks sünteesisid nad laboris väljavalitud faagide pärilikkusaine ning uurisid, kui hästi need päriselt  soolekepikesi nakatada ja tappa suutsid.

Selgus, et 16 tehisaru loodud viirust olid võimelised hävitama soolekepikese tüvesid, sealhulgas ka selliseid, millega looduslik viirus ΦX174 toime ei tulnud. "See oli meie jaoks ootamatu ja väga põnev tulemus, sest see näitab, et meetod võib olla kasulik uute raviviiside arendamiseks," sõnas Samuel King.

Võimalused ja ohud

Cold Spring Harbori labori arvutusliku bioloogia professor Peter Koo pidas uurimust kõnekaks näiteks sellest, kuhu tehisaru bioloogia vallas jõudnud on. Tema sõnul pole mudel veel piisavalt iseseisev, et viiruseid ilma teadlaste juhendamiseta kavandada, kuid selline tehisaru kasutus võimaldab tõesti tervete toimivate genoomide loomist.

Samas kerkib esile küsimus, kuidas mõjutavad tehisviirused biosfääri ja kas õilsal eesmärgil taolise uurimistööga tegelemine seab inimkonna praegusest suuremasse ohtu. Uurimusega mitte seotud Heidelbergi ülikooli biofüüsik ja sünteetiline bioloog Kerstin Göpfrich rõhutas, et teadussaavutuste kuritarvitamise probleem pole seotud ainult tehisaruga, vaid teadusega laiemalt. "Iga teaduslikku läbimurret saab kasutada nii heaks kui ka halvaks," ütles ta.

Uurijad püüdsid riske teadlikult maandada. Selleks eemaldasid nad mudelite treeningandmetest viirused, mis mõjutavad ka inimesi. Samuti kasutasid nad turvalist ΦX174 viirust ja molekulaarbioloogias juba aastakümneid uurimisainesena kasutatud soolekepikese tüvesid, mille elutegevuse käigus ei teki mürgiseid ühendeid.

Teadlaste sõnul võiks nende lähenemine tulevikus aidata luua ohutuid tehisaru disainitud viiruseid, mis raviksid haigusi ja võitleksid antibiootikume trotsida suutvate bakteritega.