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

Хотя научных данных, подтверждающих эти опасения, нет, некоторые считают, что есть веские основания для осторожности – основываясь отчасти, как я думаю, на страхе неведомого, лучше всего воплощенном современной Мэри Шелли – покойным Майклом Крайтоном. Доктор медицины, ставший научным фантастом, был великим рассказчиком, чьи книги доставляют удовольствие, но в то же время, подобно «Франкенштейну», содержат солидный заряд враждебности к науке (в смеси из фантазий и мотивов насилия и воздаяния, как в назидательных сказках братьев Гримм – «Золушка», «Красная Шапочка», «Рапунцель» и других, которые будят самые глубинные страхи публики). В классическом научно-фантастическом фильме 1971 года «Штамм “Андромеда”» военный спутник разбился в пустыне, и прежде чем его убрали, обитателей соседнего городка скосило моровым поветрием, которое вызвал этот самый штамм, оказавшийся совершенно непохожим на любую земную жизнь. Современная наука может обойти большинство возможных проблем, связанных с привозом образцов с дальних небесных тел.

Последний отправленный на Марс аппарат – марсоход «Кьюриосити», совершивший посадку в кратере Гейла 6 августа 2012 года, – несет набор сложных инструментов, в том числе рентгеновский спектрометр для альфа-частиц; рентгеновские дифракционный и флюоресцентный анализаторы; импульсный источник нейтронов и детектор для обнаружения водорода или льда и воды; станция мониторинга окружающей среды; и комплект инструментов, которые могут различать вещества геохимического и биологического происхождения и анализировать органику и газы, в том числе соотношение изотопов кислорода и углерода в углекислоте и метане из атмосферных и твердых образцов.

Большинство этих инструментов намного сложнее некоторых современных секвенаторов ДНК, например, таких, как делает компания Life Technologies , которые могут уместиться на рабочем столе. Этот «ионно-поточный» секвенатор использует комплементарную металло-окисную полупроводниковую технологию, похожую на ту, что применяется в цифровых камерах, чтобы создать самый маленький в мире полупроводниковый pH-метр для перевода химической информации в цифровую. В нем работают полупроводниковые чипы, не крупнее большого пальца, в которых от 165 до 660 миллионов лунок, что позволяет вести параллельное секвенирование. Одноцепочечная ДНК привязывается за один конец к маленьким гранулам, которые распределены по микролункам. Лунки последовательно заполняются растворами, каждый из которых содержит один из четырех нуклеотидов и ДНК-полимеразу. Если нуклеотид – например, А, – добавленный к матрице ДНК, включается в синтезируемую цепочку ДНК, то высвобождается один протон (ион водорода), вызывая изменение pH в лунке, что обнаруживается чипом. Компьютер регистрирует, в каких лунках изменился pH, и записывает букву А. Этот процесс может повторяться снова и снова, чтобы прочесть несколько сотен букв текста ДНК в каждой из сотен миллионов лунок. В отличие от большинства технологий секвенирования ДНК, в этой для чтения сигнала не требуется никакая оптика, поэтому технология надежна и на нее не влияет движение. Ее можно сделать еще более компактной, что удобно для космических перелетов, где критичны вес и размер полезного груза. Остаются некоторые проблемы с отбором образцов, выделением ДНК и подготовкой ее к секвенированию, но ничто из этого не представляет непреодолимых препятствий.

Недалек тот день, когда мы сможем послать на взятие проб с других планет робот-секвенатор, чтобы он прочитал последовательность ДНК любой внеземной микробной жизни, которая там найдется в живом виде или в виде «законсервированных» останков. Я считаю, что для НАСА или частных групп было бы гораздо важнее обзавестись подходящей буровой установкой, способной дотянуться достаточно глубоко – до горизонта с жидкой водой. Пока приходится утешаться тем, что ближайшая миссия сможет пробуриться на несколько метров, что может оказаться достаточным для обнаружения возможных признаков замороженной жизни.

Не требуется великого полета мысли, чтобы сообразить: если марсианские микробы основаны на ДНК и если мы сможем прочитать их геномную последовательность и передать ее на Землю, то мы сможем и реконструировать их геном. Синтетическая версия марсианского генома может быть затем использована для воссоздания марсианской жизни для подробного изучения – без возни с невероятно сложной логистикой доставки подлинного образца интактным. Мы можем воссоздать марсиан в лаборатории наивысшего уровня защиты – то есть в самой герметичной лаборатории – вместо того, чтобы рисковать, что они упадут в океан или разобьются в Амазонии. Если этот процесс сработает на Марсе, у нас будут новые средства изучения вселенной и сотен тысяч Земель и Сверхземель, которые открывает космический телескоп «Кеплер». Быстрая доставка на них секвенатора, конечно, лежит далеко за пределами современных ракетных технологий – планеты, обращающиеся вокруг красного карлика Глизе 581, находятся «всего лишь» в 22 световых годах от нас, примерно в 1,3×10 14милях, – но получить оттуда данные по радио можно будет всего за 22 года, и если в этой системе действительно есть развитая жизнь, возможно, она уже широко передает в эфир информацию о последовательностях, как это делали мы в последние десятилетия.

Способность пересылать программы ДНК в виде излучения будет иметь кое-какие интересные последствия. В последнее десятилетие, после того как был секвенирован мой собственный геном, моя программа была распространена в виде электромагнитных волн, разнося мою генетическую информацию далеко за пределы Земли, поскольку эти волны ушли в космос. Теперь моя жизнь несется на них со скоростью света. Есть ли где-то там форма жизни, способная понять инструкции в моем геноме, – это сама по себе неожиданная мысль, которая следует из того вопросика, поставленного Шрёдингером полвека или больше назад.

Тем теплым дублинским вечером, завершая свою Шрёдингеровскую лекцию, я напомнил аудитории о невероятном пути, проделанном наукой с тех пор, как сам Шрёдингер размышлял о природе жизни в своих судьбоносных лекциях. Примерно за семьдесят лет мы продвинулись от незнания природы нашего генетического материала к знанию того, что носитель этой информации – ДНК, раскрыли генетический код, перешли к секвенированию геномов, а теперь уже и к написанию геномов для создания новой жизни. Я едва коснулся заманчивых возможностей, созданных новым знанием и новыми умениями, которые породило доказательство синтезом того, что ДНК – это программа жизни. Мы все еще несемся на могучих волнах, поднятых лекцией Шрёдингера. Трудно представить, куда они вынесут нас в следующие семьдесят лет, но куда бы ни устремилась эта новая эра биологии, я знаю, что путешествие это будет столь же вдохновляющим, сколь и необычайным.