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

Наконец мы могли использовать наш метод дробления для секвенирования синтетического генома. Мы все были очень довольны и вздохнули с облегчением, когда реальная последовательность ДНК точно совпала с той, что была записана у нас в компьютере, включая введенные нами водяные знаки. Мы синтезировали геном M. genitalium из 582 970 пар оснований и тем самым создали самую большую химически синтезированную молекулу с заранее заданной структурой.

Мы назвали нашу первую синтетическую хромосому M. genitalium J CVI - 1.0 . Мы описали наши результаты и послали их в Science 15 октября, на следующий день после моего шестьдесят первого дня рождения. Наша статья вышла на сайте 24 января 2008 года, а на бумаге – 29 февраля. Мы праздновали наш успех в создании генома, но знали, что главные задачи еще впереди: теперь надо было найти способ трансплантации первого синтетического генома в клетку, чтобы посмотреть, будет ли он функционировать как нормальная хромосома. В ходе этого клетка-хозяин должна трансформироваться в такую, где все компоненты будут произведены по инструкциям, заложенным в нашу синтетическую ДНК. И снова наши опыты будут строиться на более ранних работах и идеях целого ряда талантливых команд, работавших в течение многих предыдущих десятилетий.

Если бы мне нужно было выбрать одну работу, статью или результат эксперимента, которые повлияли на мое понимание жизни сильнее прочих, то я, без сомнения, выбрал бы из всех остальных вот эту: «Трансплантация генома бактерий: превращение одного вида в другой» {140} 140 Lartigue, C., J. I. Glass, N. Alperovich, R. Pieper, P. P. Parmar, C. A. Hutchison III, H. O. Smith, J. C. Venter. “Genome transplantation in bacteria: changing one species to another.” Science, 3 августа 2007, 317 (5838): стр. 632–638. . Исследование, которое привело к статье 2007 года в Science , не только сформировало мой взгляд на жизнь, но также заложило фундамент для создания первой синтетической клетки. Пересадка генома не только указала путь выполнения потрясающей трансформации, но также помогла доказать, что ДНК – это программный носитель жизни.

В известном смысле наши опыты можно считать продолжением процесса, именуемого «пересадкой ядра», который был применен, в частности, командой во главе с Иэном Уилмутом в Институте Рослин возле Эдинбурга, в Шотландии, для создания Долли {141} 141 Wilmut, I., A. E. Schnieke, J. McWhir, A. J. Kind, K. H. Campbell (1997). “Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells.” Nature 385 (6619), стр. 810–813. , клонированной овцы. Ядро из клетки молочной железы взрослой овцы со всей ДНК пересадили в яйцеклетку (предварительно лишенную собственного ядра), успешно вернув пересаженную ДНК в эмбриональное состояние. Последовавшее рождение Долли прогремело в 1997 году в заголовках прессы всего мира, потому что она была создана из взрослой клетки молочной железы (откуда и ее имя – намек на певицу Долли Партон с пышным бюстом). До рождения этого ягненка взять клетку взрослого организма и сделать клон считалось невозможным. Достижение Института Рослин опиралось на многие факторы, от изощренного знания клеточного цикла до технических решений вроде покрытия реконструируемого эмбриона оболочкой из защитного агара {142} 142 Wilmut, I., and R. Highfield. After Dolly: The Uses and Misuses of Human Cloning. Norton, 2006. . Но Долли была далеко не первым клоном и даже не первой клонированной овцой {143} 143 Willadsen, S. M. Nature 320, 6 марта 1986, стр. 63–65. http://www.nature.com/nature/journal/v320/n6057/abs/320063a0.html .

История пересадки ядра на самом деле начинается в 1938 году со знаменитого и очень изобретательного немецкого эмбриолога Ханса Шпемана (1869–1941), который опубликовал результаты первых экспериментов по пересадке ядер {144} 144 Spemann, H. (1938). Embryonic Development and Induction . Yale University Press, New Haven. . Шпеман был первопроходцем того, что он называл Entwicklungsmechanik – «механика развития», и был в 1935 году за свои опыты награжден Нобелевской премией. Совместно с Хильде Мангольд (1898–1924) он провел первые опыты по пересадке ядра на тритонах, оказавшихся идеальным экспериментальным объектом из-за своих крупных икринок, с которыми было удобно управляться. В 1938 году Шпеман опубликовал свою итоговую книгу «Эмбриональное развитие и индукция», в которой был описан эксперимент, проведенный при помощи умелого использования микроскопа, пинцета и тонкого волоска, вероятно, вырванного у его дочери Маргретте.

Шпеман сделал из волоска петлю, чтобы разделить под бинокуляром цитоплазму только что оплодотворенной икринки саламандры, придав эмбриону форму гантели. На одном конце гантели было ядро, содержащее ДНК; на другом – только заключенная в клеточную мембрану цитоплазма, в которой было всё, что содержится в клетке вне ядра. (Нелишне напомнить, что, хотя исходно Шпеман вдохновился работой Августа Вейсмана о наследственности, всё, что было тогда [19] Описываемый эксперимент был проведен Шпеманом в 1901 году. известно, это что тайна наследственности лежит в ядре.) После того как половинка с ядром поделилась четыре раза, став эмбрионом из 16 клеток, Шпеман развязал волосок и позволил одному из шестнадцати ядер пройти в отделенную цитоплазму в другой половине гантели, образуя новую клетку с исходным содержимым яйцеклетки и более зрелым ядром. Вновь затянув волосок, он разделил эмбрион надвое. Тем самым он продемонстрировал, что ядро, пройдя четыре деления, сохраняет способность превращаться в любой тип клеток. Таким способом Шпеман создал клон – генетически идентичную копию, которая была на несколько секунд моложе, чем другая.

Шпеман назвал этот процесс «двойникованием», и оно было отмечено в истории как первое клонирование животного, проведенное в лаборатории с помощью пересадки ядра. Он хотел пойти дальше и предложил «фантастический эксперимент» – проделать то же самое со взрослой клеткой. Но, как и многие до него, он был слишком ошеломлен и восхищен тайнами развития, чтобы поверить, что оно зависит лишь от физики и химии.