Инопланетяне, которых мы делаем сами

Хотя искусственная жизнь с генетическим кодом, отличным от земного, обычно рассматривается как возможность для эффективного биопроизводства (1), например, топлива или лекарств, где-то под ней скрывается идея синтеза совершенно новых видов из новых букв ДНК-алфавита, включая альтернативы хомо сапиенс…

В начале 2017 года исследователи из калифорнийского исследовательского института Скриппса создали первую стабильную форму жизни, содержащую синтетическую ДНК. Новый организм правильно воспроизводится.

Как мы знаем, вся жизнь на Земле построена на одном и том же фундаменте, четырех азотистых основаниях («буквах»), которые являются строительными блоками ДНК. Два пурина — адениния i гуанини, и два пиримидина — цитозин i тимин. Каждое из этих веществ для удобства обозначено одной буквой. И так, соответственно, А — аденин, Т — тимин, С — цитозин и Г — гуанин; а пятый элемент U-урацил встречается преимущественно в РНК.

Уже десятилетия назад ученые начали задаваться вопросом, что произойдет, если мы добавим к этому набору больше букв. Эти исследователи из Научно-исследовательского института Скриппса создали два новых азотистых основания — d5SICS i дНаМ — отмечены буквами и. Подобный организм на основе бактерий ученые создали тремя годами ранее, но в то время он не был стабильным.

В ходе дальнейших исследований специалисты нашли способ сделать это. За счет введения новой молекулы, более эффективно транспортирующей нуклеотиды, основные компоненты ДНК и РНК, через клеточную мембрану, процесс репликации осуществляется правильно. Работа проводилась группой ученых под руководством проф. Флойд Ромесберг (2). Результаты были опубликованы в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Текущий алфавит ДНК дает рецепт для 20 аминокислот, из которых строятся белки. Увеличение его до шести букв увеличивает пул до 172. Это достижение рассматривалось как прорыв в синтетической биологии, благодаря которому стало возможным создавать новые формы жизни, «инопланетяне» из нашей линии ДНК. У них могут быть особенности, неизвестные природе, хотя до этого еще далеко. Калифорнийские ученые доказали, что практически всеми жизненными процессами можно манипулировать.

Уже в 2014 году, после первой публикации американцев из Исследовательского института Скриппса, Джима Томаса из ETC Group — канадской организации, отслеживающей проблемы, связанные с внедрением новые технологии — сказал The New York Times, что «появление новой формы жизни может иметь далеко идущие этические и юридические последствия в будущем».

Однако проф. Ромесберг годами уверял, что беспокоиться не о чем, потому что одна синтетическая пара оснований, «встроенная» в ДНК, бесполезна. На данный момент он не может быть прочитан и переработан бактериями во что-то ценное. это только доказательство того, что мы можем получить эти формы жизни. Следующим шагом будет вставка пар оснований, которые действительно можно прочитать, чтобы бактерии могли производить белки из новой записи.

— добавил проф. Ромесберг.

Упомянутые нами буквы «читаются» в рибосомах, центрах образования клеток, где код определяет порядок аминокислот во вновь образованных белках. Таким образом создается каждый элемент любого известного нам живого организма — от зародыша в утробе матери до микроорганизмов на дне океана.

Для лучшей ДНК

Для многих ученых это разнообразие жизни в том виде, в каком мы ее знаем, слишком мало. Как цитируется в декабрьском номере журнала New Scientist, Стивен Беннер, основавший Флоридский фонд прикладной молекулярной эволюции (FAME), хочет большего. Причем его не устраивает не только бедность генетического алфавита, но и, например, легкая утонченность связей, удерживающих в узде структуру спирали ДНК (смотрите также: ). Это нормальные водородные связи, гораздо более слабые, чем ковалентные связи, известные из молекулярных связей.

«ДНК производит впечатление безнадежно спроектированной структуры», — отмечает New Scientist. «Мы можем сделать это лучше — найти лучшие переплеты, добавить больше букв». Конечно, это непростая задача. Новые элементы должны образовывать пары, такие как формы C с G и A с T, и приниматься механизмами репликации ДНК. Большое количество ученых работает во многих лабораториях, чтобы найти такие новые, «неестественные» пары.

Искусственные пары букв, разработанные командой Беннера в 2004 году (он называет их «забавными»), хорошо зарекомендовали себя в исследованиях по обнаружение вирусов ВИЧ в крови. Однако заставить их вести себя как естественные буквы и воспроизводить их — гораздо более сложная задача. Беннер считает прорыв команды Ромесберга впечатляющим достижением, но отмечает, что их испытание очень дорогое. Более того, пока что созданные искусственные элементы не несут никакой интересной функции — разве что доказывают, что добавление новых букв возможно.

Даже природные кодовые соединения не впечатляют ученых своими возможностями, создавая лишь упомянутые 20 аминокислот, в основном из углерода и водорода, с небольшими добавками кислорода, азота и серы. Где все богатство химии? — спрашивает он многих.

Искусственные буквы изменили бы это, синтезируя новые соединения, такие как недавно модифицированные дрожжи, которые производят инсулин с удивительной эффективностью. У футурологов уже есть видение молекулярные заводы формирование частиц с металлами, обеспечивающее новое поколение электроники, сенсоров, ячеек. Можно было бы также, например, синтезировать в клетках очищающие ферменты, выделяемые искусственными плавающими организмами, такими как искусственная медуза (3) построен австралийскими учеными из Университета Солнечного Берега для очистки воды от токсинов в районе Большого Барьерного рифа. Кроме того, появляются новые удивительные возможности в производстве и дозировании лекарств, ну и конечно биоткань и биотопливо (смотрите также: ).

Совсем «другие организмы»

Наверное, самый известный создатель искусственной жизни в мире науки, проф. Крейг Вентер, анонсированный уже в 2002 г. создание нового генома с нуля. В течение многих лет он проводит эксперименты по созданию фрагментов генетического кода из «сырья» и пытается поместить их в клетки живых организмов, чтобы они стали (4).

В 2003 году его команда сообщила о синтезе 5386 элементов ДНК из одного вируса, поражающего бактерии. Созданные таким образом искусственные вирусы размножались, что считалось большим успехом. Затем он начал собирать такие группы букв в более крупные фрагменты генома, на этот раз бактерий.

Команда Вентера в 2010 году создала клетку, которая может функционировать как живой организм, хотя ее работа контролируется искусственным геномом.

Это открытие, описанное в журнале Science и широко комментируемое практически всеми мировыми СМИ, сразу же вызвало массу вопросов и сомнений. Повторяем ли метод, изобретенный Вентером? Не вызовет ли это злоупотреблений? Могут ли подобные генетические манипуляции применяться к более сложным организмам, чем просто примитивные бактерии? Однако многие ученые считают подвиг Вентера важным, даже одним из величайших за последнее десятилетие.

Некоторые ученые считают, что то, что сделал Вентер, очень похоже на эксперимент по клонированию овечки Долли — с той разницей, что теперь пустая ячейка была заполнена ДНК, полученной искусственно, а не взятой из другой клетки. Однако в обоих случаях для возобновления своих функций после введение чужеродного генетического материала.

Так что откровения о создании искусственной жизни американским генетиком являются, по их мнению, недоразумением. Вентеру удалось синтезировать большие молекулы ДНК, утверждают скептики. Технически это очень сложно, но это еще не означает создание жизни. ДНК сама по себе мертва как камень, говорят они, и вам нужна клетка, чтобы управлять ее жизнью. Некоторые ученые, такие как Энтони Форстер из Университета Вандербильта, даже не были склонны признать, что это был первый синтетический организм, ведь искусственный геном был помещен в живую клетку.

В настоящее время Вентер следует Святому Граалю, чтобы сделать водоросли коммерчески выгодными. источник биотоплива (смотрите также: ). Его компания Synthetic Genomics, финансируемая ExxonMobil, крупнейшей в мире нефтегазовой корпорацией, обратилась за ответом к синтетической биологии.

За что? Ученые чаще всего говорят о медицинские приложения. Поскольку синтетическая ДНК не получена от человека, рожденного с правами человека, вам не нужно будет запрашивать разрешение для тестирования лекарств, вакцин или генной терапии на таких клетках. Но самое главное, когда мы можем это сделать искусственная ДНК вместе взятых, будет проще адаптировать индивидуальные методы лечения к конкретному человеку — достаточно вставить некоторые его гены в синтетическую ДНК и протестировать полученные клеточные линии. Официально ей еще предстоит пройти долгий путь, чтобы создать, например, мускулистых и стойких к боли солдат, или неутомимых рабочих, которым не нужен отдых и, прежде всего, зарплата.

В мае 2016 года за закрытыми дверями на медицинском факультете Гарвардского университета в Бостоне прошла тайная встреча. Было приглашено 150 человек — ученые, специалисты по этике, юристы и представители американского правительства. Участников просили соблюдать осторожность, чтобы не комментировать итоги встречи, не использовать Twitter и т. д. Но в наше время трудно сохранить даже величайшую тайну. Через несколько дней американские СМИ сообщили, что проект обсуждался в Бостоне. создание синтетического генома человека.

Осознание того, что все идет в этом тревожащем многих направлении, существовало давно. польский генетик Вацлав Шибальский еще в 1974 году он писал:

—

Шибальский ясно предсказал, что научная работа будет сосредоточена на создании «других организмов».