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

В 19.30 в четверг, имея за спиной десятилетия прогресса молекулярной биологии, я вышел на ту же сцену, на которую выходил и Шрёдингер, и, как и он, увидел перед собой премьер-министра в декорациях несравненного Экзаменационного зала Тринити-колледжа. Под огромной люстрой, перед портретами Уильяма Молино, Джонатана Свифта и им подобных я смотрел в аудиторию из четырехсот запрокинутых лиц и ярких огней камер всех видов и типов. В отличие от Шрёдингера я знал, что моя лекция будет записана, передана в прямом эфире, опубликована в блогах и выложена в твиттер, так как я снова затрону тот вопрос, для ответа на который так много сделал мой предшественник.

Следующий час с лишним я объяснял, что жизнь в основном состоит из биологических машин, управляемых ДНК. Все живые клетки работают на программах, записанных в ДНК, которые управляют сотнями тысяч белковых роботов. Мы оцифровывали жизнь десятилетиями, с тех пор как впервые представили, как читать программу жизни посредством секвенирования ДНК. Теперь мы можем идти в другом направлении, начиная с компьютерной цифровой основы, создавая новую форму жизни, химически синтезируя ее ДНК, а потом доводя ее до получения настоящего организма. И поскольку информация нынче цифровая, мы можем пересылать ее куда угодно со скоростью света и снова творить ДНК и жизнь на том конце. Рядом с премьер-министром Эндой Кенни сидел мой давний самопровозглашенный соперник Джеймс Уотсон. Когда я договорил, он взобрался на сцену, пожал мне руку и любезно поздравил меня с «прекрасной лекцией» {10} 10 http://edge.org/conversation/what-is-life .

«Жизнь на скорости света», частично основанная на моей лекции в Тринити-колледже, задумана для того, чтобы описать наш невероятный научный прогресс. Всего за одну человеческую жизнь мы продвинулись от «апериодических кристаллов» Шрёдингера до понимания того, что если с записанного генома можно построить синтетическую хромосому и, следовательно, синтетическую клетку, то ДНК представляет собой программное обеспечение жизни. Эта работа опирается на потрясающие достижения в течение последнего полувека, которыми мы обязаны плеяде невероятно одаренных личностей в лабораториях всего мира. Я сделаю обзор этих разработок в молекулярной и синтетической биологии, отчасти чтобы отдать должное этому эпическому предприятию, отчасти чтобы признать вклады, сделанные ключевыми ведущими учеными. Я не ставил себе цели написать полную историю синтетической биологии, а только лишь пролить немного света на силу этого выдающегося совместного предприятия, которое мы называем наукой.

ДНК как оцифрованная информация не только накапливается в компьютерных базах данных, но теперь может передаваться как электромагнитная волна на скорости света или близко к ней, через биологический телепортер, чтобы заново сотворить белки, вирусы и живые клетки где-то далеко, возможно, навсегда меняя наш взгляд на жизнь. С этим новым пониманием жизни и недавними прорывами в наших способностях манипулировать ею широко раскрывается дверь, за которой появляются новые волнующие возможности. Индустриальная эпоха идет к концу, но мы становимся свидетелями начала эры биологического проектирования. Человечество вот-вот войдет в новую фазу эволюции.

Людей издавна завораживала идея искусственной жизни. Начиная со средневекового гомункулуса Парацельса и голема из еврейского фольклора и до творения Франкенштейна Мэри Шелли и «репликантов» из «Бегущего по лезвию бритвы», мифология, легенды и популярная культура полны историями о синтетической и роботической жизни. Однако точное определение разницы между жизнью и не-жизнью или между жизнью биологической и машинной – большая и длительная задача равно для науки и философии. Веками принципиальной целью науки было, во-первых, понять жизнь на ее самом основном уровне и, во-вторых, научиться ею управлять. Американский биолог немецкого происхождения Жак Лёб (1859–1924) был, видимо, первым настоящим биологическим инженером. В своих лабораториях в Чикаго, Нью-Йорке и Вудс-Холе в Массачусетсе он конструировал то, что в своей книге 1906 года «Динамика живого вещества» назвал «долговечными машинами» {12} 12 http://archive.org/stream/dynamicslivingm00loebgoog#page/n6/mode/2up . Лёб делал двухголовых червей и, что наиболее известно, заставлял яйца морского ежа начинать эмбриональное деление без оплодотворения спермой {13} 13 Lemov, Rebecca. World as Laboratory (2005). Hill and Wang. . Неудивительно, что Лёб стал прототипом Макса Готлиба – персонажа романа Синклера Льюиса «Эрроусмит», вышедшего в 1925 году и получившего Пулитцеровскую премию. Это было первое произведение серьезной литературы в жанре фантастики, идеализирующее чистую науку. Кстати, в нем фигурировало антибактериальное средство на основе вирусов, называемых бактериофагами.

В книге Филипа Дж. Паули «Управление жизнью: Жак Лёб и инженерный идеал в биологии» (1987) цитируется письмо, посланное в 1890 году Лёбом венскому физику и философу Эрнсту Маху (1838–1916), в котором Лёб утверждал: «Идеал, представляющийся мне сегодня, – это человек, способный сам действовать как создатель, даже в живой природе, формируя ее наконец-то по своей воле. Человек может наконец преуспеть в технологии живого вещества [ einer Technik der lebenden Wesen ]». Пятнадцатью годами позже Лёб предварил том своих научных статей объяснением, что «несмотря на разнообразие тем, все статьи в этом сборнике пронизывает одна ведущая идея, а именно, что феномен жизни возможно взять под наш контроль и что такой контроль, и ничто иное, и есть цель биологии».

Впрочем, истоки механистического взгляда Лёба можно обнаружить в истории за столетия до его переписки с Махом. Некоторые из самых ранних теорий жизни были «материалистическими» по сравнению с теми, которые полагались на нефизические процессы, которые лежат за пределами материального мира, и на сверхъестественные способы творения. Эмпедокл (490–430 гг. до н. э.) говорил, что всё, включая жизнь, сделано из сочетаний четырех неизменных «элементов» или «корней всего сущего»: земли, воды, воздуха и огня. Аристотель (384–322 гг. до н. э.), один из ранних «материалистов», делил мир на три главные группы: животные, растения и минералы. Эту классификацию до сих пор учат в школах. В 1996 году моя группа секвенировала первый геном археи. Эта последовательность многими преподносилась как доказательство того, что археи, как первым предположил американский микробиолог Карл Вёзе, представляют третью ветвь жизни – наряду с бактериями и эукариотами [2] Эукариоты – организмы, в клетке которых есть ядро и внутренние мембранные структуры. К эукариотам относятся все многоклеточные (животные, растения и грибы), а также протисты: амебы, инфузории, жгутиковые и др. . Когда это попало в новости, телеведущий Том Брокау риторически вопросил: «У нас есть животные, растения и минералы. Что же может быть за новая ветвь?»