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

Первое подтверждение поступило от Дэна в 7:45 утра вторника: «Хорошие новости. Все четыре последовательности – „водяных знака“ обнаружены на мультиплексном ПЦР в единственной колонии с пересаженным синтетическим геномом. В диком типе и негативном контроле M. capricolum , который не образовал колоний, „водяные знаки“ не обнаружены». Во вторник 1 апреля Дэн прислал результаты второго раунда экспериментов: «Полный синтетический геном опять трансплантировался. На этот раз он дал множество колоний! Вдобавок второй клон с синтетическим геномом тоже дал много колоний. Пойду отнесу шарик с надписью „С днем рождения!“ в рабочее помещение».

Прямо на следующий день мы получили еще более надежное подтверждение того, что новыми клетками управляет только синтетический геном: «Крутые новости! Трансплантат производит ожидаемые фрагменты, когда его режут рестриктазы AscI и BssHII ». (Участки, которые вырезались этими рестриктазами, были добавлены к трем из четырех «водяных знаков».) 21 апреля мы получили результаты секвенирования ДНК живых синтетических клеток, и места сомнению больше не осталось: клетки управлялись только тем геномом, который мы спроектировали и синтезировали. Секвенирование показало, что в нашем геноме 1 077 947 пар оснований, точно как проектировали, включая 19 ожидаемых отличий от природного генома, а также четыре «водяных знака» – решающее доказательство того, что ДНК синтетическая. Точно, как мы и ожидали, выпадение одной буквы из более чем миллиона пар оснований ДНК предрешало выбор между жизнью и ее отсутствием. Я не могу придумать более яркую иллюстрацию той центральной роли, которую играет в жизни информация.

Мы вложили значительный труд в проектирование наших «водяных знаков», чтобы гарантировать, что мы можем надежно зашифровывать сложные сообщения в последовательности ДНК. В первом синтетическом геноме мы использовали однобуквенное обозначение аминокислот, кодируемых триплетными кодонами, чтобы зашифровать буквы английского алфавита. Например, триплет АТГ кодирует аминокислоту метионин, которую обозначают буквой М. Но поскольку букв в английском алфавите 26, а аминокислот всего 20, мы придумали более полную систему, которая позволяла нам закодировать весь алфавит вместе со знаками препинания, цифрами и популярными символами. (Строке ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[абзац][пробел]0123456789#@)(–+\=/:<;>$&}{*]” [%!’., соответствовала последовательность TAГ, AГT, TTT, ATT, TAA, ГГЦ, TAЦ, TЦA, ЦTГ, ГTT, ГЦA, AAЦ, ЦAA, TГЦ, ЦГT, AЦA, TTA, ЦTA, ГЦT, TГA, TЦЦ, TTГ, ГTЦ, ГГT, ЦAT, TГГ, ГГГ, ATA, TЦT, ЦTT, AЦT, AAT, AГA, ГЦГ, ГЦЦ, TAT, ЦГЦ, ГTA, TTЦ, TЦГ, ЦЦГ, ГAЦ, ЦЦЦ, ЦЦT, ЦTЦ, ЦЦA, ЦAЦ, ЦAГ, ЦГГ, TГT, AГЦ, ATЦ, AЦЦ, AAГ, AAA, ATГ, AГГ, ГГA, AЦГ, ГAT, ГAГ, ГAA, ЦГA, ГTГ.) Этот код был ключом к расшифровке «водяных знаков». В первый из них входили слова «J. Craig Venter Institute» и «Synthetic Genomics Inc.» , имена нескольких ученых и послание: «Подтвердите, что вы расшифровали этот „водяной знак“, послав нам имейл (по адресу: MROQSTIZ@JCVI.org)». Первый живой самовоспроизводящийся вид, имевший в качестве родителя компьютер, должен был получить свой электронный адрес.

В нашем первом синтетическом геноме мы были ограничены в создании сколько-нибудь содержательных сообщений аминокислотным кодом; теперь же, с новым кодом, я хотел отметить исторический момент включением каких-нибудь подходящих литературных цитат. Я нашел три, которые счел и значительными, и применимыми к первой синтетической форме жизни. Первая цитата должна находиться во втором «водяном знаке»: «Жить, заблуждаться, падать, торжествовать, воссоздавать жизнь из жизни». Это, конечно, из «Портрета художника в юности» Джеймса Джойса. Третий «водяной знак» включал, помимо нескольких имен ученых, вторую цитату: «Видеть вещи не такими, каковы они есть, а такими, какими могли бы быть», приписываемую первым учителям одного из физиков «Проекта Манхэттен» Роберта Оппенгеймера и приведенную в его биографии «Американский Прометей». Четвертый «водяной знак» содержал имена остальных 46 ученых и цитату из знаменитого физика, нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана: «То, что я не могу создать, я не могу понять».

Мы совершили то, что почти пятнадцать лет назад было лишь дерзкой мечтой, и прошли по полному кругу. Начав с ДНК из клеток, мы научились точно читать последовательность ДНК. Мы успешно оцифровали биологию, превращая четырехбуквенный химический код (А, Т, Ц, Г) в двоичный электронный код компьютера (1 и 0). Теперь мы успешно прошли в обратном направлении, начав с компьютера и сотворив заново реальную молекулу ДНК, а потом в свою очередь создав живые клетки, которые, в отличие от всех, существовавших прежде, не имели естественной истории.

Исходное предположение (разделяемое по крайней мере большинством молекулярных биологов) состояло в том, что ДНК и геном, представленные последовательностью букв в компьютере, и есть информационная система жизни. Теперь мы замкнули петлю: начав с цифровой информации в компьютере и используя только ее, химически синтезировали и собрали воедино бактериальный геном, который был пересажен в клетку-реципиент, в результате чего получилась новая клетка, управляемая лишь синтетическим геномом. Мы назвали нашу новую клетку M. mycoides JCVI-syn 1.0 и стали готовить результаты к публикации.

9 апреля 2010 года я представил нашу рукопись с двадцатью четырьмя соавторами в Science . Мы известили Белый дом, членов Конгресса и представителей нескольких правительственных агентств до того, как статья была принята к публикации в следующем месяце, 13 мая.

В день ее выхода онлайн, 20 мая 2010 года (в бумаге статья вышла 2 июля) {158} 158 Gibson, Daniel G., John I. Glass, Carole Lartigue, Vladimir N. Noskov, Ray-Yuan Chuang, Mikkel A. Algire, Gwynedd A. Benders, Michael G. Montague, Li Ma, Monzia M. Moodie, Chuck Merryman, Sanjay Vashee, Radha Krishnakumar, Nacyra Assad-Garcia, Cynthia Andrews-Pfannkoch, Evgeniya A. Denisova, Lei Young, Zhi-Qing Qi, Thomas H. Segall-Shapiro, Christopher H. Calvey, Prashanth P. Parmar, Clyde A. Hutchison, III, Hamilton O. Smith, and J. Craig Venter. “Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome.” Science , 2 июля 2010, 329 (5987), стр. 52–56. Опубликовано онлайн 20 мая 2010. , СМИ со всего мира собрались в Вашингтоне на нашу пресс-конференцию. Вместе с редакторами из Science мы объявили о первом работающем синтетическом геноме. Хэм Смит объяснил собравшимся, что теперь у нас есть средства для вскрытия инструкций к клетке, позволяющие установить, как она на самом деле работает. Мы также обсудили событие с более широкой точки зрения – а именно, что знания, полученные при выполнении этой работы, в один прекрасный день, несомненно, принесут пользу обществу, воплотившись во множество важных применений и продуктов, в том числе биотопливо, фармацевтику, чистую воду и пищевые продукты. Когда мы говорили об этом, мы на самом деле уже начали работать над способами получения вакцин и создания синтетических водорослей для превращения углекислого газа в горючее.