Свобода слова.
Дорого.
Поддержи The New Times.

#Наука

Синтетическая жизнь

04.06.2010 | Клещенко Елена | № 18 от 31 мая 2010 года

Ученые создали искусственную клетку

Сенсацией мая 2010-го стала новость о том, что американским ученым из института Крейга Вентера удалось «с нуля» собрать из нуклеотидов бактериальный геном. Когда синтетический геном внедрили в живую клетку, он исправно в ней заработал. Правда ли, что исследователи преодолели барьер между живым и неживым — создали искусственную жизнь и открыли новую эпоху в биологии?

55-1.jpg
Джон Крейг Вентер утверждает, что создал искусственную клетку

Джон Крейг Вентер, которого журнал Time два года подряд включал в списки самых влиятельных людей планеты, — личность почти легендарная. В молодости после призыва в армию он был отправлен на войну во Вьетнаме, работал в полевом госпитале. Тогда он принял решение стать врачом, но затем переключился на молекулярную генетику. По-настоящему знаменитым стал в конце ХХ века, когда компания Celera Genomics бросила вызов проекту «Геном человека»* * Международная программа, запущенная в 1988-м, конечной целью которой является определение нуклеотидной последовательности всей геномной ДНК человека. с его огромным бюджетом и международной армией исследователей. Детище Вентера, Celera бралась определить последовательность человеческого генома быстрее и дешевле и обещание сдержала. Правда, точность была несколько ниже, но меньше оказались и затраты: $300 млн против $3 млрд. Позднее Вентер ушел с поста президента компании: как он сам говорил в интервью, для него основной целью было развитие науки, а не получение прибыли.

Геном Вентера

Институт Джона Крейга Вентера (JCVI) — некоммерческая организация, выполняющая пионерские работы в области геномики. Именно там были секвенированы* * Секвенирование — определение «букв» нуклеотидной последовательности ДНК. геномные последовательности многих микроорганизмов. А в 2007 году электронный научный журнал PLos Biology опубликовал статью международной научной группы, посвященную исследованию генома самого Крейга Вентера. Геном выложили в свободный доступ, и сейчас его может скачать любой желающий — если хватит терпения. Размер генома человека — 3 млрд «букв», а в геноме Вентера отсеквенировали как материнские, так и отцовские хромосомы, чтобы получить обе копии каждого гена: получилось вдвое больше.
К тому же донор честно предоставил подробные сведения о своем здоровье и здоровье близких родственников. Это называли смелым поступком: сугубо личная информация стала достоянием публики, и теперь даже в Википедии написано, что у Вентера генетическая предрасположенность к антисоциальному поведению и болезни Альцгеймера. Но он, как видно, не комплексует по этому поводу. Совсем недавно ученые из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка (Германия), выделившие из палеонтологических образцов ДНК неандертальцев, установили, что последние все-таки скрещивались с человеком современного типа и оставили «следы» в наших геномах. Современное человечество в этом исследовании представляли геномы пяти анонимных представителей разных рас — и геном Крейга Вентера.
Еще один знаменитый его проект — исследование геномов морских микроорганизмов, которое, по замыслу авторов, поможет человечеству разобраться в фундаментальных аспектах экологии океана. Кроме того, Вентер — один из создателей компании Synthetic Genomics, где работают над созданием микроорганизмов, способных эффективно производить биотопливо. Словом, он выбирает самые популярные темы на переднем крае биологии, в каждой добивается ярких результатов и умеет их преподнести.

Геном «нанобактерии»

56-1.jpg
Бактерия Myсoplasma genitalium под
электронным микроскопом. Вентер
использовал ее для своих экспериментов.
Из всех живых организмов бактерии ряда
Myсoplasma обладают самыми короткими
генами
Как рассказывал сам Вентер в интервью главному редактору Nature Biotechnology Эндрю Маршаллу, идею собрать минимальный геном подарило молекулярным биологам открытие «нанобактерий» в метеорите марсианского происхождения.* * Структуры, напоминающие нанобактерии, обнаружил в 1996 году в обломках метеорита, найденного в Антарктиде, ученый из НАСА Крис Романек. Проблема минимального генома оказалась не менее интересной, чем жизнь на Марсе. Сколько нужно генов, чтобы обеспечить существование простейшей клетки? Эту задачу можно было решать теоретически, изучая функции генов, или практически — долго и нудно по очереди «отключая» гены у какой-нибудь бактерии. Крейг Вентер предложил третий путь, эффектный, но казавшийся нереальным: самому собрать минимальный геном «с уровня пола», внедрить его в клетку, лишенную собственного генома, и посмотреть, что будет.
Удобной экспериментальной моделью стали бактерии рода Mycoplasma — геномы у них сравнительно короткие, 0,5—1 млн «букв». Для начала нужно было научиться изготовлять носитель информации — ДНК, причем такую, чтобы клетка ее приняла и согласилась выполнять «команды», записанные в генах.
Перепрограммировать бактериальную клетку, вводя в нее короткие ДНК-конструкции, ученые умели давно. Но если ввести в клетку целый синтетический геном вместо родного — «заметит» ли она разницу?

Работа над «синтетикой»

Для разминки первые опыты поставили с бактериофагом, или просто фагом — бактериальным вирусом. Такой вирус впрыскивает свою ДНК в бактерию, после чего фаговый геном «переключает на себя» исполнительные механизмы, запускает свое копирование, производство белков и сборку новых частиц фага. Задача казалась элементарной, ведь длина ДНК фага — всего 5 тыс. «букв». Но первые опыты были неудачными — позднее выяснилось, что геном фага синтезирован с большим количеством «опечаток». Когда их исправили, дело пошло на лад: в клетке появились фаговые частицы.
Но фаги, как и вирусы, — самая примитивная, бесклеточная форма жизни, и геном у данного фага был короткий: всего 5 тыс. нуклеотидов. Получится ли такое с геномом микоплазмы, в сто раз более длинным?
Начали сборку большого генома микоплазмы. Маленькие фрагменты ДНК синтезировали, затем клонировали в клетках кишечной палочки, а затем — уже самые крупные — в клетках дрожжей. Геном «микоплазмы лабораторной» был собран в январе 2008 года. Авторы убрали из нее ген, контролирующий патогенность, и добавили нуклеотидные последовательности, не встречающиеся в природе, — «значки копирайта», по которым можно будет опознать искусственную ДНК.
Внедрить в клетку синтетическую хромосому удалось не сразу, потребовалось много хит­роумных приемов. Но, наконец, «обманутая» клетка приняла чужую ДНК и переменила свои качества в соответствии с новой «программой». Еще в декабре Крейг Вентер говорил, что синтетический геном удастся запус­тить в течение года. Но оказалось, что они управились за полгода.
В чем же состоит значение работы Вентера? Многие заговорили о создании «искусственной жизни», предостерегая от опасных экспериментов, открывающих возможность манипуляций природой для создания невиданных организмов. Другие ученые считают, что перед человечеством открываются новые возможности. Сам Вентер говорит, что его работа подтвердила теорию, что в геном организма можно вносить изменения, удалять ненужные функции и добавлять новые, и это позволит «создать целый ряд промышленных организмов, которые направят свои усилия на то, чтобы выполнить наши задания».


Достижение американских генетиков комментирует заместитель директора Института проблем передачи информации, доктор биологических наук и кандидат физико-математических наук Михаил Гельфанд

Можно ли сказать, что Крейг Вентер с сотрудниками создали синтетическую жизнь?
Так говорить, по-видимому, неправильно. Из бактериальной клетки изъяли ее собственный геном и заменили его геномом другой бактериальной клетки близкого вида. Геном действительно был создан искусственно, в том смысле, что исходные короткие фрагменты делались методом химического синтеза. Но он фактически копировал геном существующей бактерии.

В чем же тогда заслуга группы Вентера?
В том, что технически это очень сложно. Но это очередная работа в цикле, все предыдущие шаги уже были опробованы раньше. Я не понимаю, почему именно этот шаг привлек такое внимание. Крейг Вентер — замечательный человек. Каждое свое достижение он сопровождает публичными заявлениями и всегда выполняет то, что обещает. Понятно, что после каждой его статьи начинается шум в прессе, и в этот раз шум почему-то выплеснулся на просторы русского интернета, хотя прирост нового знания в этой работе не больше, чем в предыдущих. Это не значит, что она плохая, предыдущие были столь же хороши. Такую большую молекулу ДНК очень трудно сделать, с ней трудно проделывать манипуляции так, чтобы не повредить ее. Думаю, в ближайшие пять лет СМИ еще как минимум дважды будут писать про то, что Крейг Вентер сделал синтетическую жизнь. Сначала он сделает геном, из которого уберет какие-то гены, — минимальный геном. А потом он туда что-нибудь вставит — и будет очередная сенсация: создан организм с новыми свойствами. При этом никто не вспомнит, что генные инженеры постоянно делают то же самое. С технической точки зрения это очень красиво. Но создавать организм с новыми свойствами практичнее на основе уже существующего организма с хорошими задатками. Те же микроорганизмы, производящие биотопливо, о которых часто говорит Вентер, вполне можно было бы делать, например, из Zymomonas mobilis, которая производит не просто биоэтанол, а текилу.* * Бактерия Zymomonas mobilis сбраживает сок агавы, причем перегонкой продуктов брожения получают текилу. Биотехнологи интересуются ею потому, что она производит этиловый спирт с замечательной эффективностью.

В одном из интервью Крейг Вентер заявлял, что биотехнология будущего сделает ставку не на создание новых генов, а на геномы, собранные из уже известных нам десятков миллионов генов, как из деталей конструктора. Такая перспектива реальна?
Это интересный вопрос. Классическая генная инженерия давно умеет пересаживать ген из одной бактерии в другую, образно говоря, ремонтирует «москвич» с помощью деталей от «мерседеса», но это еще не сборка с нуля. То же самое проделывают бактерии в живой природе, обмениваясь фрагментами геномов. Но составить каталог необходимых генов и собрать из них работающий геном — немного другая задача. Если этот каталог составляется на основе одного или нескольких родственных видов, это будет работать, но непонятно, что в этом интересного. Если же составлять его на основе разных видов, возникнут сложности. Продолжая аналогию — это все равно что собирать автомобиль из деталей от различных марок. Даже если комплект будет полным, приемлемый результат не гарантирован. Белки, работающие в одной клетке, эволюционировали вместе, притираясь друг к другу. Добиться того, чтобы белки разных организмов не только правильно взаимодействовали, но и синтезировались в нужных количествах и в нужное время, то есть наладить регуляцию — это по состоянию на сегодня представляется безнадежным.

×
Мы используем cookie-файлы, для сбора статистики. Отключение cookie-файлов может привести к неполадкам в работе сайта.
Продолжая пользоваться сайтом без изменения настроек, вы даете согласие на использование ваших cookie-файлов.