Знание-сила, 2007 № 11 (965)

Например, Джек Шостак из Медицинского института Говарда Хьюза попытался вернуться к истокам и воспроизвести в пробирке тот миг начала жизни, когда среди неодушевленной материи возник первый живой организм, случайный конгломерат органических молекул. Экспериментируя с простыми жирными кислотами, образующими в воде пену, он создал примитивные искусственные клетки — «мембранные пузырьки» (везикулы), содержащие молекулы рибонуклеиновых кислот (РНК). Эти пузырьки спонтанно увеличивались в размерах, всасывая оказавшиеся рядом с ними другие пузырьки — «поедая» их. В этом причудливом сообществе шла настоящая борьба за существование. Иногда при копировании РНК происходили случайные сбои, вследствие чего молекулы РНК в какой—нибудь клетке начинали размножаться быстрее и количество их росло, а значит, везикула быстрее других росла и поглощала соседей. Так среди этих квазиживых существ наблюдалась эволюция буквально в дарвиновском смысле этого слова.

Если из протоклеток, созданных Шостаком, когда—нибудь возникнут подлинные, пусть и очень примитивные, клетки, которые будут и далее размножаться и развиваться, они станут первыми на нашей планете живыми организмами, с коими у нас, людей, не будет никаких общих предков. И от этой мысли может закружиться голова у самых трезвых исследователей биоты. До сих пор мы лишь мечтали отыскать не родственные нам живые организмы где-нибудь на других планетах — в марсианском грунте, в водах Энцелада или Европы (имеется в виду спутник Юпитера. — А.В.).

Простое «соперничество молекул» в пробирке заставляет думать о том, что жизнь имманентна нашей Вселенной; ее появление в той или иной части космоса неизбежно. Появление, соперничество, естественный отбор, случайные мутации, дающие преимущество... Эти законы торжествуют и на самых дальних планетах — подобно тому, как в масштабах этих планет действуют и законы механики Ньютона, и правила геометрии Евклида.

Другие исследователи упрощают задачу, то есть берут готовую форму — бактерию известного образца и, удалив ее геном, заново конструируют его, избавляясь от всех генов, без которых бактерия может обойтись. Этот минимум подразумевает способность микроба к размножению и мутации; он также должен обеспечить нормальное протекание процессов обмена веществ. Все остальные функции биотехнологи именуют «балластом», а потому можно обойтись без генов, отвечающих за них.

Судя по всему, Господь Бог был маньеристом, даже творя микробов, — их организмы отягощены, на наш взгляд, избыточной сложностью. «В природе организмам непременно требуются какие-то специальные гены, чтобы выдерживать, например, жару или холод. Лабораторному организму они не нужны. Он обойдется минимумом генов, ведь он не должен ни к чему приспосабливаться», — сказал в одном из интервью американский исследователь Крейг Вентер.

Микробы «нового поколения», создаваемые в лабораторных условиях, отличаются простотой структуры. Они будут состоять из минимально необходимого числа генов и отдельных дополнительных генов, которые заставят эти организмы трудиться на нас. Превратить живые организмы в простые, программируемые биосхемы, наподобие компьютерных микросхем, — вот задача для нового поколения биологов.

Именно этой задачей руководствовался Крейг Вентер, прославившийся семь лет назад расшифровкой (секвенированием) человеческого генома. Вместе с нобелевским лауреатом по медицине Гамилтоном Смитом он в течение нескольких лет выяснял, какие именно гены нужны бактерии Mycoplasma genitalium, у которой всего 515 генов — меньше, чем у любого другого существа на нашей планете. Более сотни генов оказались «лишними». Искусственную бактерию произвели путем удаления из микоплазма гениталиум ее генетического материала и введения новых генов, созданных химическими методами.

В «улучшенный» геном микоплазмы можно безбоязненно вводить гены, отвечающие за функции, которые не были прежде ей присущи. Можно, например, заставить этот микроб вырабатывать дешевый водород или этанол — очень перспективные энергоносители, причиняющие минимальный ущерб окружающей среде.

31 мая этого года Институт Крейга Вентера подал в патентное ведомство США заявку на патент искусственной бактерии, получившей название Mycoplasma laboratorium. Данная работа стала важной вехой в становлении синтетической биологии. Подача же патента — это попытка перейти к коммерческому использованию ее достижений. «Если мы создадим бактерию, вырабатывающую новый вид топлива, это будет первая бактерия на миллиарды долларов», — без обиняков высказался Крейг Вентер, обещавший добиться таких успехов в синтетической биологии, что нефть со временем будет не нужна.

Содержание заявки на патент не может не удивлять. Предполагается распространить патент на все гены, из которых состоит Mycoplasma laboratorium, а также на любой организм, созданный на основе этих генов. Кроме того, собственностью Вентера и Со предложено считать любую бактерию рода микоплазма, у которой удалено не менее 55 генов из числа 101 гена, которые были удалены у бактерии микоплазма гениталиум Вентером и его сотрудниками.

По словам критиков, Вентер стремится стать таким же монополистом в синтетической биологии, как Билл Гейтс — в программировании, а его институт со временем превратится в своего рода «Майкробософт». Так вправе ли ученые патентовать искусственно созданные биосистемы? Вопрос вызывает бурные дискуссии.

Любопытны и успехи коллег Вентера, которые идут другим путем — встраивают в бактерии искусственные биохимические системы, тоже наделяя эти микроорганизмы необычными свойствами.

Так, Джей Каслинг из Калифорнийского университета, использовав десять генов, взятых у трех разных организмов, изменил систему обмена веществ обычных кишечных бактерий, с тем, чтобы те начали вырабатывать компонент лекарства от малярии. Пока этот компонент получают из полыни однолетней Artemisia annua, произрастающей в Юго-Восточной Азии, и стоимость ее высока. В конце 2004 года Фонд Билла и Мелинды Гейтс выделил на разработку лекарства от малярии 42,5 миллиона долларов.

Кристофер Войт из Калифорнийского университета приучил бактерии Escherichia coli «видеть», введя в их ДНК два гена, заимствованных у цианобактерий. Эти гены отвечают за синтез светочувствительного белка, содержащегося в мембране. Теперь бактерии стали темнеть при попадании на них солнечных лучей. Когда чашу с бактериальной культурой накрывали трафаретом, в ней, словно на фотопленке, проступал четкий, контрастный рисунок. Конечно, во времена цифровой фотографии не может быть и речи о новом изобретении фотографической пленки. Это, скорее, зримое доказательство возможностей синтетической биологии.

Читать дальше