Синтетическая жизнь: реалии и перспективы

ДНК

Жизнь – это программный комплекс ДНК, заявил ученый-генетик Крейг Вентер в ходе лекции, недавно состоявшейся в американском музее истории естествознания. В ходе своего выступления Вентер описал свое видение перспектив создания и оцифровывания синтетической жизни.

Создание синтетической жизни – это эволюция биологии и вершина карьеры Крейга Вентера. В 2000 году он руководил одной из двух групп ученых, составивших последовательность человеческого генома – сценария жизни. Позднее, в 2010 году, его группа специалистов трансплантировала изготовленную ДНК в бактериальную клетку для получения первого синтетического организма.

Для создания синтетической клетки Вентеру и его коллегам необходимо было найти способ записать программное обеспечение ДНК и загрузить его. И технология предложила целый ряд практических применений, отмечает ученый в своей новой книге «Жизнь со скоростью света», в которой он рассказывает об этих решающих открытиях и размышляет о будущем биологии в цифровую эпоху.

Биологическая телепортация

Его идеи крайне неординарны. Вентер задается вопросом, что будет, если отправить геном со скоростью света через солнечную систему и заново собрать его на другой стороне? Например, если ровер обнаружит жизнь на Марсе, он может определить последовательность ДНК формы жизни и отправить при помощи информационного луча код на Землю, где ученые воссоздадут организм.

Конечно, Вентер вел речь о простых формах жизни, таких как бактерии. «В обозримом будущем мы не будем готовы телепортировать людей через вселенную», - уверен ученый.

Тем не менее, реальность впечатляет. Способность синтезировать жизнь лишь из ее ДНК значительно ускорит производство вакцин. Ученые могут где угодно в мире секвенировать вирус гриппа и отправить генетическую последовательность через Интернет в фармацевтические компании, которые смогут разработать вакцину для борьбы с заболеванием. В конечном итоге, отмечает Вентер, люди смогут скачивать генетические последовательности в машину, которая производит вакцины в их собственных домах.

Крейг и его коллеги положили фундамент для этих разработок, предоставив инструменты для конструирования живых клеток.

Синтезирование жизни

Первым шагом, объяснил Вентер, было создание программы, которая сможет построить собственное аппаратное обеспечение. Его коллеги создали синтетический бактериофаг – вирус, который инфицирует бактерии, – и ввели его в клетки бактерии кишечной палочки. В результате полученные клетки внедрили синтетическую ДНК в свой геном и начали формировать бактериофагов.

Следующий проект Вентера был амбициозен: его коллеги модифицировали хромосому из бактерии Mycoplasma mycoides и ввели ее в клетку бактерии Mycoplasma capricolum. Для этого ученым пришлось разработать новые сложнейшие генетические технологии. ДНК M. Mycoides после введения начала давать инструкции ферментам, которые уничтожили геном бактерии-хозяина. Что получилось? «Мы трансплантировали геном из одной клетки в другую, и в результате процесса мы превратили один вид бактерий в иной вид», - объясняет ученый.

Синтетический геном

Окончательной задачей было собрать целую бактериальную хромосому и поместить ее в такую клетку, где она стала бы размножаться – непростой фокус. Для этого Крейг сформировал большие участки бактериальной ДНК и собрал их в дрожжевой клетке. После ряда трудностей и нескольких лет проб и ошибок в 2010 году ученые получили первую синтетическую клетку. В синтетическом геноме был размещен некий «водяной знак», который содержал имена ученых, работавших над этой последовательностью. Кроме того, в него поместили цитаты физиков Ричарда Фейнмана и Роберта Оппенгеймера, а также такое высказывание писателя Джеймса Джойса: «Жить, ошибаться, переживать провалы и триумфы, воссоздавать жизнь из жизни».

Игра в Бога?

Создав организм, способный жить и размножаться, ученые создали жизнь. Играли ли они в Бога? «Полагаю, в строгом смысле этим экспериментом мы продемонстрировали, что Бог не является необходимым для создания новой жизни», - пишет Крейг Вентер в своей новой книге. Но для ученого синтезирование жизни – это лишь логический результат многих лет манипулирования генами.

Вентер считает, что современная биология родилась в тот момент, когда австрийский физик Эрвин Шредингер в Дублине в 1943 году провел серию лекций под названием «Что такое жизнь?». Шредингер предположил, что хромосомы – это некий «кодовый сценарий», который может оказаться таким же простым, как азбука Морзе.

В 1944 году канадско-американская команда ученых, состоящая из Освальда Эвери, Колина МакЛеода и Маклина МакКарти, провела эксперимент, который доказал, что именно ДНК, а не белки является наследственным материалом клеток. А в 1953 году американский биолог Джеймс Уотсон и его британский коллега Френсис Крик раскрыли структуру ДНК.

1960-е и 1970-е года стали свидетелями громадных открытий в понимании ДНК и рекомбинантных ДНК-технологий. Основываясь на этих фундаментальных знаниях, ученые под руководством Вентера в рамках проекта с общественным финансированием «Геном человека» в 2000 году впервые создали последовательность человеческого генома.