Descoperirile biotehnologiei prin minele lumii vii

În Sistemul periodic, opera sa autobiografică, Primo Levi povestește despre scurta perioadă în care a lucrat într-o mină de azbest. După ce își terminase summa cum laude licența în chimie la Universitatea din Torino, Levi nu avea de muncă din cauza legilor rasiale. În 1941, a fost chemat să lucreze într-o mină de azbest de către un locotenent care spera să găsească o metodă de a separa nichelul, care era destul de valoros, de resturile de material extras. Levi povestește speranțele și eforturile sale de a veni de hac „demonului” din mină, acelui Nickel care poate avea sensul de „demon” în germană, încercînd să îl separe de restul materiei. În mod similar, unul dintre marile eforturi de astăzi din cercetare, biotehnologia, caută prin „mina” lumii vii în speranța de a găsi noi compuși chimici de care se poate folosi pentru aplicații practice.

Biotehnologia se referă în general la folosirea sau adaptarea lumii vii pentru a atinge un scop practic, fie acesta industrial sau terapeutic. Nu e astfel totuna cu bioingineria, care ține mai mult de invenții, precum proteze sau implanturi. Pentru biotehnologie, diferitele organisme, mai ales bacteriile și plantele, pot fi sursa mai multor substanțe care ne sînt utile, de la antibiotice pînă la unii agenți folosiți pentru chimioterapie. Pe lîngă identificarea și valorificarea unor astfel de substanțe utile care există deja în lumea vie, biotehnologia transformă bacteriile și alte microorganisme, cum ar fi de exemplu drojdia, în „fabrici” de molecule, cercetătorii modificînd aceste organisme pentru a le face să producă anumiți compuși chimici. Astfel de eforturi țin de biologia sintetică (synthetic biology) care e unul dintre cei mai importanți piloni ai biotehnologiei.

Probabil că cel mai celebru exemplu de produs biotehnologic sînt antibioticele. În 1928, Alexander Fleming a făcut celebra sa observație că un mucegai care crescuse printre bacteriile pe care le ținea în laborator conținea o substanță care nu le permitea să se dezvolte. Fleming a numit substanța care distrugea bacteriile penicilină, după mucegaiul Penicillium notatum din care provenea. Ceva timp mai tîrziu, în anii 1940, într-un laborator din Oxford, Ernst Chain și Howard Florey au reușit să obțină o formă mai pură a penicilinei, ceea ce a permis apoi sintetizarea acestui antibiotic la scară largă. Tot în anii 1940 a fost descoperită și streptomicina, un antibiotic obținut dintr-o specie de bacterii de Selman Waksman și studentul său Albert Schatz. Streptomicina a fost primul antibiotic folosit pentru a trata tuberculoza.

Pe lîngă microorganisme precum bacteriile, și plantele sînt o resursă pentru descoperirile din biotehnologie. În anii 1970, cercetătoarea Tu Yoyou a găsit un remediu pentru malarie extras din planta Artemisia annua. Tu citise într-o carte de medicină tradițională chinezească, de prin secolul al V-lea, că planta era folosită pentru a trata febra, unul dintre simptomele malariei. Purificînd un compus numit artemisinină din această plantă, Tu a descoperit un remediu eficient pentru malarie. Astăzi, grație biologiei sintetice, artemisinina poate fi obținută folosind drojdii care au fost modificate pentru a produce acest compus în cantități suficient de mari, nefiind astfel nevoie ca aceasta să fie extrasă doar din plante.

Aflați în căutarea altor compuși cu potențial terapeutic, acum cîteva decenii cercetătorii au descoperit în scoarța unei specii de arbore din genul Taxus agentul chimioterapeutic taxol, care e folosit astăzi pentru a trata mai multe tipuri de cancer. Odată ce structura chimică a taxolului a fost elucidată, a urmat sintetizarea acestui compus în laborator. Totuși, sintetizarea chimică în laborator nu e suficient de eficientă pentru a obține cantități mari de taxol sau de mulți alți compuși proveniți din plante sau din microorganisme. În astfel de cazuri, oamenii de știință folosesc fie semi-sinteza, adică o combinație între extracte din plante urmate de pașii finali ai sintezei realizați în laborator, fie folosesc, așa cum am amintit deja, bacterii sau alte microorganisme pe post de „fabrici”.

Biologia sintetică a permis astfel producția mai multor compuși utili fără a apela doar la speciile în care au fost descoperiți. În 1978, cercetători de la compania Genentech au arătat că pot sintetiza insulina folosind bacterii modificate pentru a produce componentele moleculare necesare. Pe lîngă aplicațiile medicale, biotehnologia e folosită și în agricultură sau în diferite industrii. Un microorganism cu utilitate industrială e bacteria Clostridium acetobutylicium, care poate produce acetona. Folosind fermentația acestor bacterii, la începutul secolului trecut Chaim Weizmann a dezvoltat un proces industrial pentru a obține acetona la scară largă, ceea ce s-a dovedit a fi foarte util pentru a fabrica unele materiale explozive în Marea Britanie în timpului Primului Război Mondial.

Biotehnologia presupune abordarea lumii vii ca pe o resursă, dar fără a o secătui. Deși poate fi foarte utilă, biotehnologia are limitele ei și aplicațiile din biologia sintetică trebuie făcute cu precauție, inspirîndu-se din natură fără a o sabota, și avînd conștiința, de care dădea dovadă și Levi, unei smerenii față de ce e ascuns prin minele lumii naturale, fie ea vie sau nu.

Laura-Yvonne Gherghina este doctorandă la Departamentul de Fiziologie, Dezvoltare și Neuroștiințe al Universității din Cambridge.

Credit foto: Wikimedia Commons