Коллектив авторов - На что похоже будущее? Даже ученые не могут предсказать… или могут?

Нынешнее десятилетие — первое после рождения синтетической биологии — принесло нам множество замечательных идей, открывающих невиданные возможности для построения лучшего будущего. Разнообразие проектов и методов просто поражает, но главным направлением остается дизайн генетических цепей, которые производили бы что-то такое, создание чего любым другим способом сейчас для нас очень трудно или просто невозможно.

На данный момент одним из главных достижений в рамках работы по развитию синтетической биологии является разработка метода лечения одного из самых губительных заболеваний. Ежегодно малярией заражаются 200–500 млн человек. Около 400 000 из них — главным образом дети в возрасте младше 15 лет — умирают. Она унесла больше жизней, чем какой-либо другой недуг за всю историю человечества. В разное время появлялись методы лечения этого заболевания, дававшие короткую передышку, но их неконтролируемое интенсивное использования из раза в раз приводило к появлению паразитических простейших из рода плазмодиев, обеспечивавших адаптацию и устойчивость заболевания к имевшимся на рынке лекарственным препаратам. На протяжении последних нескольких лет самым эффективным средством являлось вещество под названием «артемизинин». Его традиционно получают из полыни однолетней, но, как это часто бывает с традиционными сельскохозяйственными культурами, его производится то мало, то много, что приводит к резким ценовым колебаниям. Когда в самом начале XXI в. компания Amyris из Сан-Франциско, работающая в области синтетической биологии, занялась разработкой нового вида дизельного топлива, которое можно было бы выращивать в дрожжевой среде, один из исследователей заметил среди компонентов извилистого молекулярного пути прекурсор артемизинина. После этого началась работа по оптимизации генетических конструкций с целью обеспечения выработки артемизинина в клетках дрожжей в промышленных масштабах. Это позволило бы получить новый источник эффективного препарата. Распознав в новой разработке потенциальное решение проблемы зависимости производства противомалярийного препарата от экономических неурядиц традиционного растениеводства, Фонд Билла и Мелинды Гейтс инвестировал в нее многие миллионы долларов. Лицензия на технологию была передана фармацевтической компании Sanofi, которая должна была вывести лекарство на рынок по существенно более низкой цене.

С самого начала развития синтетической биологии ведется разработка методов, позволяющих использовать клетки в качестве сенсоров. Некоторые из механизмов, обеспечивающих существование жизни, отличаются исключительной чувствительностью — достаточно вспомнить о том, что фоторецепторы в сетчатке наших глаз способны улавливать единичные фотоны света. Сегодня мы научились перепрограммировать клетки так, чтобы они распознавали самые разные сигналы, поступающие из внешней среды, что используется в самых разных задачах: от контроля качества мяса в супермаркете до выявления нефтяных загрязнителей или носителей инфекций в организме.

При этом область интересов синтетической биологии не ограничивается Землей. NASA уделяет большое внимание разработке технологий на основе методов перепрограммирования ДНК и активно инвестирует в них, что вполне объяснимо — ведь клетки ничтожно малы и почти ничего не весят. Как известно, вес — самый главный фактор, определяющий величину расходов в космонавтике. По некоторым подсчетам, чтобы вырвать из оков гравитации и доставить 1 кг груза с земли на орбиту, требуется приблизительно $30 000. Если всерьез рассматривать возможность отправки людей на другие планеты, нам придется найти решение для двух главных проблем. Первая связана с суровыми условиями космической среды — эволюция не подготовила нас к выживанию за пределами защитного кокона земной атмосферы, то есть там, где космические корабли будут находиться под постоянным воздействием космических лучей и порывов солнечного ветра, а люди в них будут за короткое время получать большую дозу радиации. Под влиянием этих факторов во время путешествия на Марс и обратно астронавтам будет грозить бесплодие, риск развития катаракты, а также они окажутся подвержены высокому риску развития злокачественных опухолей. Лучший способ защиты от этих смертельных лучей — толстая металлическая оболочка, вывод в космос которой из-за большой массы будет стоить непомерно дорого. Исследователи центра NASA в городе Эймс в Калифорнии обратились за решением этой проблемы к синтетической биологии, приступив к работе по получению бактерий, которые бы начинали вырабатывать цитокины под воздействием радиации. Цитокины — естественная реакция нашего организма на вызванное радиацией разрушение ДНК, поэтому синтетические бактерии, способные самостоятельно вырабатывать цитокины, могли бы противостоять этому разрушительному воздействию.

Вторая причина, по которой NASA финансирует собственную программу разработок в области синтетической биологии, связана с тем, что после приземления на другой планете астронавтам понадобятся кров, кислород и пища. В рамках нескольких разных проектов началась работа по созданию из компонентов, имеющихся в хранилище BioBricks, клеток, которые могли бы вырабатывать кислород, пищу и даже строительные материалы: благодаря способности выделять цементирующие молекулы в процессе роста в песке, выполняющем роль марсианского риголита, такие клетки образуют плотные блоки, похожие по своим свойствам на кирпичи. При этом в качестве сырья выступают пробирка с клетками, вода и марсианский песок. Для получения нужного результата с Земли будет достаточно доставить на Марс лишь первый компонент из списка.

Такой полет творческой фантазии вряд ли стал бы возможен, если бы не невероятный энтузиазм, рождаемый мечтами о фантастическом будущем, которое может стать реальностью благодаря синтетической биологии. Эта область кипит молодым задором. Комбинировать генетические цепочки можно как угодно — никаких рамок, кроме вашей фантазии, не существует. Проблема в том, что долгое время лишь немногие из таких фантазий удавалось довести до полноценной реализации. Оказавшись в живой клетке, составленные на бумаге цепочки вели себя не совсем так, как ожидалось. То, что по плану должно было на выходе быть чистым цифровым сигналом, растворялось в шуме создаваемых системой помех. Получить конечные продукты, будь то химические датчики, лекарства или виды топлива, не получалось. Чтобы разрабатываемые NASA защитные устройства для астронавтов стали пригодны для использования, потребуется еще не одно десятилетие. Как оказалось, разработанное Amyris дизельное биотопливо плохо годилось для производства в промышленных масштабах, что не позволило компании хотя бы даже приблизиться к объемам выпуска, обеспечивающим приемлемый уровень рентабельности. Дешевый артемизинин должен был заполонить рынок еще несколько лет назад, но это ему так до сих пор и не удалось. При этом уже сформировался черный рынок, в результате чего препарат попадает в руки потребителей, которые в большинстве своем не следуют рекомендациям ВОЗ, предполагающим его применение исключительно в составе комплексной терапии. Итог — уже сейчас начинают формироваться очаги резистентности к нему.