W jaki sposób naukowcy są w stanie sztucznie syntetyzować wirusa?

Pierwszy na świecie sztuczny wirus został zsyntetyzowany pod koniec 2003 r. Przez zespół badawczy pod przewodnictwem Craiga Ventera, który był również odpowiedzialny za pierwsze sekwencjonowanie ludzkiego genomu. Wirus był bakteriofagiem Phi-X174 (zjadaczem bakterii), którego genom ma 5000 par zasad lub nukleotydów. Dla porównania, ludzki genom ma około 3 miliardów par zasad.

Wirus polio z 7500 parami zasad został również zsyntetyzowany od zera. Synteza wirusa Phi-X174 była szybkim zadaniem - przy współczesnej technologii zajęło to tylko dwa tygodnie. Synteza innych wirusów zajęła miesiące.

Proces rozpoczyna się od syntezy oligonukleotydów, które są małymi długościami nukleotydów (DNA lub RNA) o około dwudziestu lub mniejszej liczbie par zasad każda. Ponieważ biolodzy już od lat syntetyzują oligonukleotydy, istnieją maszyny do syntezy DNA, które są w stanie wytwarzać je automatycznie. Zaprojektowanie oligonukleotydów dla wirusa Phi-X174 zajęło tylko około ośmiu godzin, po czym nastąpił czterodniowy proces syntezy.

Następnym krokiem jest oczyszczenie oligonukleotydów za pomocą elektroforezy żelowej. Oczyszczone oligo są następnie znakowane specjalnymi chemikaliami i składane kolejno, jeden po drugim, w procesie zwanym PCA (montaż cykliczny polimerazy). Po 35 do 70 cyklach zsyntetyzowano pełny chromosom wykonany ze sztucznych oligos. Za pomocą PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy) powstaje wiele kopii oryginalnego chromosomu, z których najlepsze wybiera się przy użyciu innego cyklu oczyszczania żelu. Te łańcuchy nukleotydowe są następnie kołowane z ich liniowych form chromosomalnych, stając się zakaźne.

Zakaźne chromosomy (virii) są następnie przeszczepiane na płytkę agarową zawierającą bakterie w celu spożycia. W ciągu jednego dnia można już znaleźć znaczące pozostałości aktywności wirusowej i samoreplikacji, co pokazuje, że synteza zakończyła się sukcesem.

Omówiono syntezę sztucznych wirusów do takich zastosowań, jak redukcja zanieczyszczeń i zaawansowane filtrowanie. Można tworzyć wyspecjalizowane drobnoustroje, które konsumują prawie wszystko. Z drugiej strony zawsze istnieje ryzyko, że złośliwa strona użyje tej technologii do stworzenia wirusa zaprojektowanego pod kątem wysokiej zjadliwości lub śmiertelności przeciwko ludzkim gospodarzom.