Крейг Вентер - Жизнь на скорости света. От двойной спирали к рождению цифровой биологии

Далее идет важный тест – проверка, удалось ли нам создать точный синтетический геном, способный к заражению. Чтобы вирус был заразным, синтетическая ДНК должна быть опознана ферментными системами в клетках E. coli , сначала будучи переписана на мРНК, а потом в вирусные белки посредством механизма синтеза белков E. coli . Чтобы гарантировать нашей синтетической ДНК попадание в целевую бактерию-хозяина E. coli , мы применяли метод электропорации, при котором электрическое поле пробивает маленькие вр еменные дырочки в клеточной стенке E. coli . После заражения синтетическим phi X 174 бактерий помещали на агар (желеподобную смесь агарозы и агаропектина) в чашке Петри и оставляли инкубироваться при 37 градусах от 6 до 18 часов.

Если бы на слое E. coli появилось пятно лизиса – красноречивый четкий круг, – было бы ясно, что новая стратегия сработала. Пятно показало бы, что в бактерии успешно вырабатываются вирусные белки, самособираясь в полноценные копии вируса phi X 174 , заставляющие клетки-хозяева лопаться, выпуская вирус и заражая окружающие клетки E. coli . Открыв инкубатор, Хэм позвонил мне, попросив как можно быстрее прийти в лабораторию. Когда он показал мне первую чашку, я был очень доволен: по всей поверхности были явные пятна лизиса. Синтетическая ДНК бактериофага действительно могла заражать, воспроизводиться и затем убивать бактериальные клетки. У Хэма и Клайда от волнения кружились головы. Весь процесс создания синтетического генома и заражения клеток занял у нас две недели.

Чтобы представить контекст наших опытов, надо сказать о еще более отважной попытке создать хотя бы отчасти жизнеспособный вирус путем пошагового процесса, предпринятой годом раньше Экардом Уиммером из Университета штата Нью-Йорк в Стони-Бруке. У его команды получение первого синтетического РНК-вируса путем сборки генома вируса полиомиелита в семь тысяч оснований из небольших синтетических олигомеров ДНК, следуя расшифровке, которую он и его коллеги опубликовали в 1981 году, заняло три года. Синтетическая ДНК была с помощью РНК-транскриптазы переведена в заразную вирусную РНК. Этот первый синтетический РНК-вирус полиомиелита страдал той же самой неточностью синтеза олигомеров, которая подкосила наши собственные опыты, и в результате его активность была сильно снижена {116} 116 Cello, Jeronimo, Aniko V. Paul, and Eckard Wimmer. “Chemical Synthesis of Poliovirus cDNA: Generation of Infectious Virus in the Absence of Natural Template.” Science, 9 августа 2002, 297 (5583), стр. 1016–1018. Опубликовано онлайн 11 июля 2002. DOI: 10.1126/science.1072266 . У достижения Уиммера был один негативный аспект: он предпочел опубликовать это скорее как предостережение научному сообществу, чем как обычный научный результат, породив тем самым споры и беспокойство в обществе.

Следуя за работой Уиммера, мы сократили сроки создания вируса с годов до дней. Поскольку эта работа финансировалась МЭ, я связался с Ари Патриносом, чтобы уведомить правительство о нашем успехе. Вскоре поступил официальный ответ, который я приводил в автобиографии «Расшифрованная жизнь».

Прямо на следующий день я обнаружил себя сидящим в ресторане на Пенсильвания-авеню (в нескольких кварталах от Овального кабинета), куда был призван всего за два часа до этого на срочный деловой ланч Ари Патриносом, работавшим в биологическом отделе министерства энергетики, которое спонсировало мои исследования, и сыгравшим в свое время важную роль в совместном представлении первого человеческого генома в Белом доме. Позже к нам присоединились его босс, Рэймонд Ли Орбах, директор Управления науки и техники МЭ; Джон Марбургер III, советник президента по науке и директор Управления науки и технической политики; и Лоуренс Керр, директор по исследованиям, развитию и проблеме биотерроризма Управления внутренней безопасности Белого дома. После того как в октябре 2001 года нескольким политикам были присланы по почте споры сибирской язвы, убившие пять человек, правительство США всерьез занялось подготовкой к отражению будущих биологических терактов {117} 117 http://www.fbi.gov/about-us/history/famous-cases/anthrax-amerithrax/amerithrax-investigation .

Я объяснил им, насколько быстро мы создали phi X 174 нашим методом исправления ошибок и что сейчас мы запросто могли бы сделать это еще быстрее. Керр выглядел понимающим, и вопросы, вытекающие из возможности создавать синтетические вирусы, видимо, прошли весь путь в Белый дом – вплоть до решения о возможных ограничениях публикации наших результатов.

Я настаивал на рассмотрении этой проблемы правительством еще десятью годами ранее, когда мою группу, тогда еще в НИЗ, министр здравоохранения попросил секвенировать геном вируса оспы. Это было частью международного соглашения о ликвидации остаточных запасов вируса оспы в Центрах по контролю заболеваний в Атланте и аналогичной организации в Москве [13] Автор не вполне точен. Российская часть остаточных запасов вируса оспы хранится не в Москве, а в Государственном научном центре вирусологии и биотехнологии «Вектор» в г. Кольцово близ Новосибирска. . Уничтожать или нет оставшиеся штаммы оспы – было в последние годы одним из самых яростных споров в мировом здравоохранении. Была надежда, что если, прежде чем уничтожить вирус, секвенировать геном, то важная для науки информация сохранится. Секвенирование, подробно описанное в «Расшифрованной жизни», началось в моей лаборатории в НИЗ и закончилось в TIGR . Анализируя геном, мы имели несколько причин для беспокойства.

Прежде всего мы не знали, позволит ли (и должно ли позволять) правительство публикацию последовательности и ее анализа. Наше беспокойство насчет обнародования таких знаний было понятным: этот вирус убивал людей миллионами. За всю историю человечества до эпидемии ВИЧ вирус натуральной оспы унес больше человеческих жизней, чем все прочие инфекционные агенты, вместе взятые. Предполагается, что он возник около 3000 лет назад в Индии или Египте, после чего оспа появлялась в виде периодических эпидемий, которые прокатывались по континентам, убивая до 30 % зараженных, обезображивая и лишая зрения тех, кто выжил. Считается, что оспа выкосила значительную часть коренного населения обеих Америк, где европейские поселенцы нарочно давали туземцам зараженные одеяла, чтобы распространить инфекцию {118} 118 http://www.umass.edu/legal/derrico/amherst/lord_jeff.html . Забирая жизни королей, королев, царей и императоров, оспа меняла ход истории {119} 119 http://www.who.int/mediacentre/factsheets/smallpox/en/ .

В конце концов я оказался в Национальном институте здравоохранения в Бетесде у его директора Бернадин Хили (умершей в 2011 году от опухоли мозга) в компании представителей разных федеральных ведомств, в том числе министерства обороны. Эта группа была по понятным причинам встревожена перспективой открытой публикации данных о геноме оспы. Некоторые радикальные предложения включали засекречивание моих исследований и создание периметра безопасности вокруг нового здания моего института. К несчастью, это совещание не выработало хорошо продуманной долгосрочной стратегии. Вместо этого была принята политика, выдержанная в духе холодной войны. В рамках соглашения с СССР (распавшимся в конце 1991 года) в России секвенировали геном возбудителя так называемой «малой оспы» [14] Малая оспа (белая оспа, аластрим) – заболевание, вызываемое южноамериканской разновидностью вируса оспы. По клиническим и эпидемиологическим показателям очень сходно с обычной оспой, но в большинстве случаев протекает легче и не оставляет рубцов на коже. , а мы – геном возбудителя типичной формы. Узнав, что русские готовятся опубликовать свои данные о геноме, правительство поторопило меня с завершением работы, чтобы опубликоваться первыми, и все разумные обсуждения на этом закончились.