И что вы тут натворили?

Узнаваемый южноамериканский физик и футуролог Фримен Дайсон, делая в 2009 году для «Итогов» прогноз развития науки и техники на будущее, отметил, что одним из самых многообещающих направлений он считает генную инженерию. Доктор принстонского Института многообещающих исследовательских работ уверен, что уже в XXI веке домохозяйки и малыши сумеют, не выходя из квартиры, с помощью типичных конструкторов типа «сделай сам» моделировать и создавать новые виды растений и животных.

Подобно тому как сейчас на компьютере с помощью фотошопа можно раскрашивать цветочки и подрисовывать дополнительные конечности животным, в дальнейшем можно будет делать то же самое с живыми созданиями. Нет, это не ремейк истории про доктора Франкенштейна: никто не хочет собирать чудовищ, пришивая лошадки слоновий хобот. Все конфигурации будут вноситься еще на стадии формирования эмбриона живого существа. И, похоже, фантастические прогнозы южноамериканского футуролога начинают реализоваться. Южноамериканский Институт Крейга Вентера опубликовал сенсационные результаты опыта по созданию искусственного живого организма. На исследования сам доктор Вентер затратил без малого 15 лет и 40 миллионов баксов. Но оно того стоило. Ученый достигнул поставленной цели: в процессе огромного количества тестов его научной команде удалось сделать и вырастить клеточку, генетический код которой был стопроцентно смоделирован на компьютере.

Как на дрожжах

Начало тесту было положено в 1995 году, когда ученые взяли простейшую бактерию Mycoplasma mycoides, носителя самого малеханького генома посреди организмов, способных без помощи других плодиться в лабораторной культуре. Исследователи стопроцентно расшифровали геном микроорганизма и превратили его в текст, записанный с помощью редактора текста в компьютерный файл. Содержимое файла представило собой набор из миллиона букв A, G, C и T, скомпонованных в определенной последовательности и обозначавших четыре нуклеотида, из которых состоит цепочка хоть какой молекулы ДНК.

Посреди приблизительно 500 генов, записанных в ДНК бактерии, ученые выявили так именуемые гены «домашнего хозяйства» — они отвечают за жизнедеятельность клеточки. Еще около 100 генов обусловили как «гены роскоши», которые регулируют второстепенные функции бактерии, другими словами то, что она делает для окружающего мира. Потом компьютерный файл опять отредактировали. В цепочку нуклеотидов заместо неких «генов роскоши» исследователи воткнули куски ДНК, в каких с помощью специального кода зашифровали четыре блока инфы. Эти последовательности нуклеотидов окрестили «водяными знаками», так как они остаются в ДНК всех бактерий, произошедших от данной клеточки. В качестве «водяных символов», как поведал «Итогам» доктор био наук, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН Александр Марков, «сначала «ради прикола», также для того, чтоб в геноме присутствовали подтверждения, что он искусственный», ученые вписали свои имена, адреса электрической почты и пару цитат из классики.

Но самое принципиальное вышло позже. Имеющийся текст генетики разбили на тыщу кусков по тыще букв каждый и выслали их в одну из компаний, занимающихся синтезом ДНК на базе схожих текстов. Таких компаний на рынке сейчас достаточно много. Они делают заказы, к примеру, для производителей биочипов либо докторов. Синтез каждого нуклеотида в цепочке, как поведал Александр Марков, сейчас стоит 1-2 бакса. Таким макаром оказались получены 1000 кусков ДНК по 1000 нуклеотидов в каждом. Казалось бы, почему не заказать синтез сходу всей цепочки из миллиона букв? Но дело в том, что более длинноватые кусочки пока не могут синтезировать химически — это очень непростая техно задачка. Но это ограничение не приостановило Крейга Вентера. Коль всю цепочку ДНК разом нереально синтезировать в лаборатории посторониих компаний, ученые решили разобраться с неувязкой без помощи других. Они брали по 10 кусочков из 1000 нуклеотидов и вставляли их в клеточки дрожжей. В итоге удалось достигнуть того, что в дрожжевых клеточках были получены целые геномы длиной в миллион нуклеотидов. Готовую цепочку ДНК исследователи воткнули в бактерию Mycoplasma mycoides и узрели, что в неких случаях происходит поглощение генома и образование 2-ух ДНК. Когда микроорганизм размножился, ученые нашли, что некие экземпляры рождались только с искусственной хромосомой. Их отобрали и вывели чистую культуру микробов с ДНК, сконструированной на компьютере. Выходит, что искусственная хромосома взяла клеточку стопроцентно под собственный контроль и трансформировала ее так, что клеточка изменила идентичность. В конечном итоге искусственные клеточки стали нормально плодиться и образовали свою колонию, радуя собственных создателей плодовитостью и жизнерадостностью.

Вентеру впору было орать «Эврика!»? Он — 1-ый в мире создатель искусственной жизни?! Не совершенно так. Как отмечают некие специалисты, получившаяся клеточка была составлена по подобию уже имеющейся: эталон ДНК взяли у известной бактерии, малость его изменили и воткнули снова же в клеточную оболочку. Ученые говорят, что им в первый раз удалось поначалу стопроцентно синтезировать ДНК в компьютерном варианте, а потом сделать ее на физическом уровне. «Они проявили, что на техническом уровне это может быть, и даже раскрыли весь путь сотворения искусственной жизни», — гласит Александр Марков.

Универсальный микроорганизм

Что все-таки далее? Как фактически использовать достижение янки? Может быть, оно позволит уже в ближнем будущем воплотить в жизнь мечты Фримена Дайсона. Ведь сейчас по сути каждый сумеет написать набор из миллиона-другого букв на компьютере и вывести собственное животное. Но ученые призывают не спешить с схожими выводами. О животных речь пока не идет. Взятая Вентером амеба отличается от представителей млекопитающих, рыб либо птиц тем, что является простейшей, прокариотной. Она в отличие от эукариотных клеток животных не обладает ядром, ну и цепочка ДНК в ней намного короче и проще.

«Цепочка ДНК эукариотной клеточки состоит как минимум из 10 миллионов нуклеотидов. Обычно же их там сотки миллионов либо даже млрд. У человека — 3 млрд. Не считая того, этот геном состоит из огромного количества хромосом, а не из одной кольцевой хромосомы, как у бактерии», — комментирует Александр Марков. А самая основная неувязка в том, что у -эукариота очень сложная система регуляции генома. Сложнейшие связи меж хромосомами эукариотных клеток и ферментами, которые они вырабатывают, не до конца исследованы.

Все же нельзя недооценивать достижение американских генетиков. Если до произведения искусственных высших организмов им еще очень далековато, то сейчас по выработанной технологии можно будет создавать огромное количество нужных в народном хозяйстве микробов. К примеру, сам Крейг Вентер рассчитывает заняться созданием фармацевтических средств, вакцин и дешевенького горючего. Возможно, также они могут посодействовать откачивать лишний СО2 из атмосферы, биться с загрязняющими субстанциями в водоемах, создавать удобрения.

Понятно, к примеру, что некую часть углеводородов, добываемую из недр земли, сделали бактерии. Они изучены, но не могут работать на топливную индустрия, так как не выживают в обыденных критериях. Им необходимы неописуемые температура и давление. Питаются они сероватой либо метаном. Но, поместив «гены роскоши» этих микробов по технологии Вентера в оболочку обыкновенной земной клеточки, можно будет высадить бактерии в огромную цистерну, скажем, среди приволжской степи, где они преспокойно, дыша углекислым газом из воздуха (унаследовав это свойство от какой-либо другой бактерии), сумеют создавать нефть либо газ.

И все таки, невзирая на сказочные перспективы использования искусственных микробов и возможность перенесения технологии от простых бактерий на более суровых представителей животного мира, некие специалисты считают, что америкосы открыли ящик Пандоры. Необыкновенной технологией сумеют пользоваться не только лишь ученые в благих целях, да и террористы, которым раскрывается прямой путь к созданию опаснейшего био орудия.

Все же, если это даже и ящик Пандоры, то на данный момент наступил совсем новый шаг в развитии не только лишь науки, да и всего живого на Земле. Как и предвещал Фримен Дайсон, сейчас человек сумеет всеполноценно держать под контролем и направлять эволюционные процессы на планетке. И, возможно, в ближнем будущем если даже не поменяется сам, то сделает такие бактерии, которые, к примеру, будучи отправленными на Луну либо одну из планет Галлактики, сумеют, питаясь местным грунтом, выделить кислород и сделать атмосферу, применимую для жизни вне станций и скафандров.

Владимир Крючков

Представления

- Работа открывает захватывающие способности для исследования клеточной жизнедеятельности. Существенно облегчится выяснение функции отдельных генов. Заместо применяемого на данный момент сложного способа генетического нокаута («выбивания») отдельных генов можно будет просто вводить молекулу ДНК, в какой те либо другие гены отсутствуют. Это, а именно, позволит приблизиться к решению трудности малой хромосомы, другими словами числа генов, полностью нужных для обеспечения жизни клеточки. Но я скептически отношусь к принципно новым блестящим перспективам использования в практике, как будто открываемым этой работой. Они только просматриваются, и то с трудом. Генетические угрозы также, по-моему, очень гиперболизированы.

Александр Зеленин

глав­ный на­уч­ный сот­руд­ник Инсти­ту­та мо­ле­ку­ляр­ной би­оло­гии им. В. А. Энгель­гар­дта РАН, про­фес­сор, док­тор би­оло­ги­чес­ких на­ук

- Это реальный прорыв, начало огромного биоконструирования, новый шаг, когда можно из кусков различного генетического материала собрать некоторый организм, который начинает нормально плодиться. Но нельзя забывать и о безопасности. Неограниченная экспансия не до конца изученного нового вида никому не нужна. Нужно предугадать возможность просто уничтожить искусственную клеточку.

Петр Сломинский

док­тор би­оло­ги­чес­ких на­ук, за­ве­ду­ющий ла­бо­ра­то­ри­ей мо­ле­ку­ляр­ной ге­не­ти­ки нас­ледс­твен­ных за­бо­ле­ва­ний Инсти­ту­та мо­ле­ку­ляр­ной ге­не­ти­ки РАН

- За 3,5 млрд лет природа уже испытала все вероятные варианты геномов. Одни организмы выживали, и гибли другие. Навряд ли получится сделать некий особый ген. Если его нет, означает, он не прошел естественный отбор и умер навечно. Об искусственной жизни речь не идет. Это больше похоже на то, как зарубежные авто у нас собирают из готовых комплектов.

Валерий Гальченко

член-кор­рес­пон­дент РАН, ди­рек­тор Инсти­ту­та мик­ро­би­оло­гии им. С. Н. Виног­рад­ско­го РАН