Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Как только функциональная синтетическая клетка получена, можно проводить исследование и изучать пути производства полезных продуктов, в частности лекарств или промышленных химических соединений, которые могут иметь различные сферы применения. Что такое жизнь? Химический аспект жизни в скором времени станет понятен, но много вопросов до сих пор остается без ответа.

Между прочим, первому автору этой новой эпохальной статьи Крейга Вентера Клайду Хатчисону 77 лет, в связи с чем у меня возникает вопрос: обязательно ли нужно было отправлять меня в отставку в 65 лет?

В 2014 г. группа из 60 студентов программы бакалавриата была включена в работу по проекту «Создание генома» под руководством Джефа Боке из Нью-Йоркского университета. В ходе семилетнего исследования они соединяли небольшие ДНК-фрагменты синтетической ДНК до 1000 пар оснований, пока не получится. Вместо бактериальной клетки с синтетической ДНК они использовали дрожжевую клетку и вставляли новые синтетические гены. Дрожжи – это эукариоты, и по существующей классификации они ближе к клеткам человека и гораздо сложнее, чем бактерии; они содержат ядро с 16 хромосомами, лишь одна из которых получена искусственным путем для замены хромосомы естественного происхождения. Клетка обладает способностью к росту; это свидетельствует о том, что пока ученые не ошибаются. Только 3% ДНК дрожжей имели синтетическую природу. Кроме того, было включено около 500 мутаций, и 50 000 нуклеотидов из 317 000 были удалены в качестве меры безопасности на случай, если некоторые клетки дрожжей непреднамеренно высвободятся в окружение. Во-первых, сначала эта модель была разработана на компьютере, а затем проведен синтез – это 10 лет тяжелой работы. Дрожжи «гуманизировали», так как гены человека не идентичны генам дрожжей, но у них достаточно много общего, чтобы встраиваться в метаболические и сигнальные пути. Мне это кажется удивительным. Это прорыв для будущих исследований, касающихся замены клеток человека. В будущем это окажется полезным при скрининге препаратов, предназначенных для лечения заболеваний человека. На этот счет есть много точек зрений.

Кроме того, Вентер намеревается использовать бактерии, разработанные по спецзаказу для метаболических исследований, скрининга лекарств и производства биогаза. Это краеугольный камень технологии производства электроэнергии из бактерий. Помимо этого, Вентер предполагает использовать их для получения вакцин и лекарственных средств и разложения мусора. А еще для производства продуктов питания.

Некоторые футуристические представления предусматривают использование искусственных клеток не только для выявления, но и для производства новых соединений, в частности артемизина против малярии. Новая вселяющая надежды область применения – «редактирование» генетических модификаций и лечение дефектных генов путем использования системы фагового происхождения CRISPR/Cas9. Это могло бы способствовать борьбе с мультирезистентными бактериями, но может привести к началу разработки методики получения «искусственных детей». Генетические изменения эмбриональных клеток человека уже начались. Вместе с тем до сих пор действуют очень строгие ограничения, в соответствии с которыми запрещены манипуляции с зародышевыми клетками и механизмами наследственности.

Уже существуют довольно причудливые биологические переключатели, способные включать и выключать реакции в зависимости от раздражителей, например света, и этот вопрос не так уж футуристичен. В будущем мы сможем глотать не таблетки в готовом виде, а сенсоры, которые будут определять потребность, равно как и «продуцировать» лекарства, то есть осуществлять терапию по запросу в зависимости от потребности пациента. В случае необходимости пациент может автоматически получать инсулин в нужном объеме. Инженерам, врачам и исследователям эволюции нужно объединить усилия, поскольку новая концепция носит мультидисциплинарный характер. И самое главное заключается в том, что результаты их усилий должны быть сопоставимы с тем, что реально создает природа. За несколько миллиардов лет она разработала механизм равновесия и будет противодействовать неизвестным или непонятным факторам влияния. В настоящее время разрабатывается новое патентное законодательство, предусматривающее «патентную чистоту» биологических строительных блоков, но не методов их построения. Суть этого законодательства заключается в том, что гены естественного происхождения не подлежат патентованию, а искусственные могут быть запатентованы. Тимоти Лу из Массачусетского технологического института (MIT) создает вирусы или фаги с генами, своего рода биологические машины, предназначенные для разрушения бактериальных слоев, биопленок, которые демонстрируют в 500 раз более высокую устойчивость к терапии, чем свободно перемещающиеся микроорганизмы. Они обитают на больничном оборудовании – от катетеров до водопроводных труб. Он также намерен переносить фаги в бактерии или клетки для получения соответствующих веществ. Возможно, однажды отпадет необходимость в гиподермических иглах для инъекций инсулина и препарат будет подаваться автоматически. Кроме того, Тим Лу начал модулировать в кишечнике бактериоды, чтобы они могли чувствовать стимулы и реагировать на них. Он использует бактерии в качестве «жестких дисков» (так их назвали журналисты) – носителей информации. Стимулы обусловливают мутации, которые сохраняются до 12 дней, затем считываются и определяются количественно. Настанет ли день, когда будет разработан сигнал «прекратить есть»? Возможно, это окажется довольно простой задачей! Тим Лу разрабатывает «самовоспроизводящийся живой материал» – практически биологический 3D-принтер! Он нацелен на бактерии, обладающие множественной лекарственной резистентностью, что является насущной необходимостью.

Мы будем глотать сенсоры, наноинструменты, роботов, микроманипуляторы в надежде, что они все сделают, – вот в чем заключается концепция! Нужно помнить, что вирусы очень чувствительны к стрессовым условиям, в частности герпесвирусы, которые «переползают» по нервным волокнам, активируя химические реакции, в том числе появление герпесных бляшек на губах. Таким образом, уже сейчас вирусы в особых случаях выполняют большинство этих функций. Они хорошие изобретатели и учат нас подражать им.

Более 50 лет назад Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии и человек, отличавшийся весьма оригинальным мышлением, все это предвидел. Он говорил: «Я не понимаю того, что не в состоянии создать!» Это утверждение Фейнмана заставит Крейга Вентера работать еще в течение некоторого времени. Знаменательным предвидением Фейнмана стала его фраза «Проглотите врача»! Неужели мы этого почти добились?