Знание-сила, 2007 № 11 (965)

По-настоящему понятно лишь то, что может быть сконструировано нами самими, — таков девиз биотехнологов. Достижения синтетической биологии станут подспорьем и для теоретиков. До сих пор молекулярные биологи, пытаясь понять, как устроена клетка, разлагали ее на отдельные элементы. Реконструируя клетку из отдельных элементов, биологи-синтетики могут попутно проверить эти догадки.

«Биологи стремятся задавать вопросы и искать на них ответы, а инженеры, наоборот, пытаются конструировать простейшие объекты, которые способны понять, — так, по словам Рона Вайса из Принстонского университета, можно охарактеризовать смену парадигмы в биологической науке. — Во время моей работы программистом я изучал биологические системы, чтобы почерпнуть какие-то новые идеи. Но вдруг мне стало понятно, что я хочу не конструировать компьютеры по образцу живых организмов, а, наоборот, программировать биологические организмы подобно компьютеру».

Крейг Вентер

Рон Вайс

Одни из запрограммированных им бактерий совершают групповое самоубийство, когда плотность их популяции достигает критической величины. Данный метод можно использовать, например, для контроля за микробами, поселившимися в биореакторе. Другие бактерии из лаборатории Вайса в зависимости от условий светятся то красным, то зеленым светом. Их можно использовать как биологические сенсоры.

Во многих отношениях микроорганизмы и впрямь ведут себя как приборы. Но есть одно свойство, что отличает их от любого механизма, — способность к мутации. Их потомство постепенно утрачивает заданные свойства, и это становится существенной проблемой для исследователей.

Критиков же волнуют больше другие проблемы. Что если «биомашины» выйдут из-под контроля? Не приведет ли это к вспышкам неожиданных заболеваний? А как можно забыть о террористах? Благодаря интернету преступники могут анонимно получить все необходимое для синтеза смертельно опасных вирусов или микробов и создания новых видов биологического оружия.

В 2002 году Эккард Виммер и его коллеги Джеронимо Челло и Анико Пол после двух лет работы создали из фрагментов ДНК, заказанных по почте, искусственные полиовирусы, насчитывавшие 7741 нуклеотидную пару. Эти вирусы размножались, защищались от антител, а зараженные ими мыши болели полиомиелитом, как и обычно, — разве что вирусов из пробирки требовалось в 1000-10000 раз больше, чтобы убить мышь.

Первой реакцией на этот в чем-то провокационный эксперимент был ужас. В отзывах на него говорилось, что «подобные опыты открывают дорогу биотеррористам». Негативно отнеслись к нему даже коллеги-ученые. Так, американский специалист по оспе Питер Джарлинг заявил, что отныне утрачена надежда на полное уничтожение опасных возбудителей заболеваний, ведь теперь их можно реконструировать в любой солидной лаборатории, а путем генетических манипуляций сделать даже еще опаснее. Крейг Вентер назвал этот эксперимент «безответственным», добавив, что не видит смысла синтезировать губительные для человека возбудители заболеваний, да еще и привлекать внимание к таким опытам. Успокаивает только одно: геном вируса той же оспы насчитывает не 7, а 185 тысяч нуклеотидных пар.

Сам Вентер в 2003 году синтезировал безобидный для человека вирус — бактериофаг Х174, содержащий 5386 нуклеотидных пар. Приступая к работе, он и его коллеги знали лишь последовательность «букв» в геноме вируса — и собрали геном в течение двух недель из фрагментов ДНК, заказанных в одной биотехнологической фирме.

Между прочим, согласно опросу, каждая вторая фирма, занятая поставками генетического материала, не контролирует личность заказчиков и не проверяет, насколько опасны заказанные генетические последовательности. Так, в 2005 году британский репортер без проблем заказал в одной такой фирме фрагмент ДНК вируса оспы.

Неясно также, что произойдет, если бактерии, созданные в лаборатории, случайно попадут на свободу. В природе любые новые микроорганизмы таят опасность. Они могут бесконтрольно размножиться и вызвать эпидемию, губительную для старых видов — бактерий, растений и животных.

Гарвардский биолог Джордж Черч предлагает всем исследователям, работающим в области биотехнологии, взять на себя обязательство конструировать бактерии так, чтобы те не могли сами найти нужные питательные вещества и, оказавшись за стенами лаборатории, неминуемо погибли бы. Или программировать их так, чтобы они жили строго определенное время.

Впрочем, другие биологи считают, что за миллиарды лет жизнь на Земле подвергалась стольким опасностям и тем не менее выдержала их, что справится и с популяцией самодельных микробов. Искусственные организмы могут выжить лишь в лабораторных условиях. Вынужденные конкурировать с земными организмами, которые за миллиарды лет идеально приспособились к жизни на нашей планете, они начисто проиграют им борьбу за существование.

«Долгий опыт работы с генетически измененными организмами показал, что те хуже своих прямых конкурентов — натуральных организмов — приспосабливаются к естественным условиям», — отмечает биолог Стивен Беннер из Флоридского университета. Конструкты синтетической биологии опасны лишь в том случае, если созданы по образу и подобию самых страшных возбудителей заболеваний.

Стивен Беннер еще в 1989 году руководил синтезом ДНК, содержавшей две искусственные генетические «буквы» (нуклеотидные пары) помимо четырех известных, используемых всеми живыми организмами Земли. С тех пор, кстати, были получены несколько вариантов подобных ДНК, но никому не удалось добиться функционирования их генов.

Лишь в конце 1990-х годов в стенах Массачусетского технологического института родилось новое направление науки, лежащее на стыке биологии и инженерных наук, — синтетическая биология. В 2004 году состоялась первая международная конференция, посвященная синтетической биологии.

Сейчас, по мнению ряда экспертов, эта дисциплина входит в число десяти самых перспективных направлений научной мысли. Ее будущее видится в розовых тонах: «Ожидаемые открытия в этой области могут так же решительно изменить нашу жизнь, как изменили ее за последние сорок лет открытия, которые были сделаны в области микроэлектроники и привели, в конце концов, к настоящей революции в сфере информационных технологий».

Возможности нового направления биологии кажутся нам сейчас безграничными. По оценке Роберта Карлсона из Вашингтонского университета, эффективность машин, занятых синтезом ДНК, за последние 15 лет возрастала такими темпами, как, пожалуй, росла лишь эффективность компьютерных процессоров. Если эти темпы сохранятся, полагает Роберт Карлсон, то уже в 2010 году одна-единственная машина синтезирует весь геном человека всего за один день.