.jpeg)
Начало 2008 г. ознаменовалось сенсационным событием. Американский биолог и предприниматель Крейг Вентер во всеуслышание заявил, что ему удалось синтезировать первый в мире искусственный геном, пишет sunhome.ru
Крейг Вентер - фигура в научном сообществе сколь известная, столь и неоднозначная. В 90-е годы прошлого века он был одним из самых активных участников гонки по расшифровке человеческого генома. Основанная им частная биотехнологическая компания Celera Genomics за три года создала “черновой” вариант расшифрованного генома человека. Однако Вентер не выложил его для всеобщего доступа, а продавал, чем сильно подпортил себе репутацию. Затем он ушел из Celera Genomics и основал Институт геномных исследований и Институт Крейга Вентера (J Craig Venter Institute, JCVI), задачей которых было не только исследование геномов, созданных природой, но и синтез новых, “по образу и подобию”. В 2008 г. усилия ученых, похоже, увенчались успехом. По словам Крейга Вентера, его команде удалось не только собрать из химических элементов геном паразитической бактерии, но и внести в него изменения. Конечно, это только первый шаг к созданию биороботов, запрограммированных для выполнения специальных целей, но ведь лиха беда начало.
ПРЕВРАЩЕНИЕ ВИДОВ
Первый сенсационный результат был получен командой Крейга Вентера в июле прошлого года. Ученым удалось пересадить геном одного вида бактерий Mycoplasma capricolum в геном другого вида бактерий Mycoplasma mycoides. После этого им оставалось только с изумлением наблюдать, как под действием пересаженного генома бактерия одного вида фактически превратилась в бактерию другого вида.
Собственно, отдельные гены биологи перемещают от одного организма к другому уже давно, но целый геном - более миллиона пар нуклеотидов - был пересажен впервые. О том, что он “заработал” в бактерии-реципиенте, ученые узнали, проанализировав состав бактериальных белков после пересадки - это были белки бактерии-донора. Крейг Вентер сравнил этот процесс с “превращением компьютера Макинтош в PC за счет инсталляции операционной системы”.
Мировое научное сообщество по достоинству оценило это событие как важный шаг в сторону создания синтетической жизни. Хотя механизм того, как внедренная извне ДНК перепрограммирует клетку “хозяина”, ученым неясен до сих пор.
ГЕНОМ “СДЕЛАЙ САМ”. ИНСТРУКЦИЯ ПРИЛАГАЕТСЯ
Вернемся к последней сенсации. Геном бактерии Mycoplasma genitalium в лаборатории JCVI синтезировала группа из 17 исследователей под руководством Гамильтона Смита, нобелевского лауреата по физиологии и медицине 1978 года. Подробности были опубликованы в журнале Science. В чем же состоит достижение?
Ученые с нуля построили двойную спираль ДНК, свернутую в кольцо (как положено у бактерий) длиной 582 тысячи пар нуклеотидов. (Напомним, что именно нуклеотиды четырех видов - это “кирпичики”, из сочетания которых состоит любая молекула ДНК). Более полумиллиона нуклеотидов - это огромная длина: если записать геном бактерии десятикеглевым шрифтом, он займет 147 страниц текста! Самая длинная синтезированная до сих пор молекула ДНК имела в длину всего 32 тысячи пар нуклеотидов, теперь же ученые превысили этот рекорд более чем в 20 раз. К тому же собрали не какой-то там участок, а полный геном. Надо сказать, что живой организм для своих целей исследователи выбрали малосимпатичный.
Mycoplasma genitalium - это паразитическая бактерия рода микоплазма, которая живет в мочеполовых путях и вызывает воспалительное заболевание уретрит. Однако у этой бактерии есть одно несомненное достоинство - она обладает самым маленьким геномом, в его состав входит всего 485 генов. (Снова напомним, что ген – это участок молекулы ДНК, в котором закодирована информация о строении белка.) Считается, что Mycoplasma genitalium – простейший с генетической точки зрения организм, способный жить самостоятельно.
Важно и то, что геном Mycoplasma genitalium генетики Крейга Вентера собрали из химических соединений, а не использовали для этого части цепочек ДНК разрушенных бактерий, как, к слову, делали японские ученые. Процесс был многоступенчатым. Сначала ученые синтезировали 101 “кассету”, каждая из 5-7 тысяч пар нуклеотидов. Чтобы соединить их, они прибегли к помощи испытанного союзника биологов и биотехнологов – кишечной палочки (E.coli). Нуклеотидные “кассеты” имели перекрывающиеся участки, которые благодаря ферментам в клетках бактерий соединялись. Таким путем было полу чено 25 цепочек каждая длиной 24 тысячи пар нуклеотидов. Затем их соединили в 72-тысячные нуклеотидные цепочки, что составляет одну восьмую генома, а их – в 144-тысячные, что составляет четверть генома. Собрать же целый геном из четырех четвертинок кишечная палочка уже не смогла, и ученые обратились к дрожжам. В клетках дрожжей полумиллионная бактериальная ДНК была собрана воедино и замкнулась в кольцо. Полученный геном ученые назвали Mycoplasma genitalium JCVI- 1.0. Таким образом, они подчеркнули его искусственную природу, включив в название аббревиатуру института.
Синтетический геном действительно несколько отличается от созданного природой. Во-первых, создатели исключили из него гены паразитизма, которые обеспечивают способность бактерий прикрепляться к мочеполовым путям. А во-вторых, они “пометили” ДНК специальными “водяными знаками” - короткими нуклеотидными вставками, которые не несут никакой информации, но служат надежными метками искусственности.
По словам Гамильтона Смита, создание искусственного генома сродни завершению работы над операционной системой: “Сама по себе она ни на что не годится, но если установить ее на компьютер, вы получите работающую компьютерную систему. То же самое и с геномом: геном - это операционная система для клетки, а цитоплазма - это аппаратное оборудование, необходимое для того, чтобы геном мог работать”.
Сейчас команда Крейга Вентера работает над тем, чтобы сделать следующий шаг – загрузить искусственную ДНК в бактериальную клетку и проверить, как она работает: воспроизводит себя и управляет синтезом белков.
А ЧТО ПОТОМ?
Идея, которая движет всеми этими работами, - установить “минимальный геном” (клеточную операционную систему, которая необходима для жизнедеятельности организма). А конечная цель Крейга Вентера довольно амбициозная - научиться создавать искусственные геномы, а затем и искусственные организмы для выполнения каких-то нужных человечеству задач. Например, такие микроорганизмы, которые смогут делать искусственное топливо или поглощать углекислоту.
Кстати, исследователи из JCVI просят различать геномы (и также организмы и саму жизнь) синтетические и искусственные. Это, в понимании ученых, - не синонимы. Синтетический геном воспроизводит геном, существующий в природе (в данном случае геном Mycoplasma genitalium). Искусственный же геном подразумевает не только сборку, но и проектирование его человеком с нуля. А для этого пока недостаточно наших знаний о том, как геном работает. Но все впереди...
Впрочем, справедливости ради надо сказать, что восторг по поводу первого в мире существа с синтетическим геномом разделяют далеко не все. Даже ученые, работающие в области синтетической биологии, признают, что такие исследования таят в себе потенциальную опасность. Все зависит от того, в чьи руки попадет ключ к созданию новой жизни. Ведь не секрет, что эти знания можно будет использовать как во благо человечества, так и во вред, к примеру, для создания биологического оружия. Не последнюю роль играет и вопрос этический: а может ли человек брать на себя роль Создателя?
ИЗ РЕДАКЦИОННОГО ДОСЬЕ
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) - это длинная полимерная молекула, образованная из повторяющихся “кирпичиков” - нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фоcфатной группы. В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований: аденин, гуанин, тимин и цитозин (А, Г, Т и Ц) и соответственно четыре вида нуклеотидов. В подавляющем большинстве случаев ДНК состоит из двух нуклеотидных цепей и свернута в спираль. Достижение “двойной спирали” ДНК (в 1953 году) – величайшее достижение в биологии, за которое Джеймс Уотсон, Френсис Крик и Морис Уилкинс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Как устроена двойная спираль? Азотистые основания одной цепи соединены с азотистыми основаниями другой цепи, причем А соединяется только с Т, а Г - только с Ц. Поэтому, говоря о строении ДНК, употребляют слова “пары нуклеотидов” или “пары оснований”.
В последовательности нуклеотидов на участке ДНК (гене) закодирована информация о строении молекулы белка, синтез которой происходит при посредничестве другой нуклеиновой кислоты - РНК. Фактически информация закодирована в чередовании четырех азотистых оснований: А, Г, Т и Ц. “Четырехбуквенный код” определяет строение всего живого на Земле.
МНЕНИЯ ЭКСПЕРТОВ
Наталья Куприна, Национальный институт рака (США), автор методики ТАР-клонирования, которую использовали генетики Крейга Вентера для соединения отдельных фрагментов ДНК в целый геном:
- То, что удалось сделать Крейгу Вентеру в молекулярной биологии, - это действительно большое достижение. До недавнего времени пределом был синтез фрагмента ДНК, который соответствует приблизительно одному гену. В данной работе генетики Вентера собрали ДНК почти в 1000 раз большего размера. Создание синтетического генома позволит лучше понять, как геном работает. Добавление и исключение каких-то генов покажет, насколько жизнеспособен каждый из сконструированных вариантов генома. Это даст понимание того, как взаимодействуют гены в составе полного генома. А кроме того, станет возможным проследить отдельные этапы эволюции сложного генома. Большое значение эти исследования также имеют для прикладной биотехнологии. Возможность манипулировать отдельными блоками генов микробов-продуцентов позволит направить активность всего генома на синтез нужного вещества, например антибиотика. Действительно, синтез геномов может быть использован как во благо, так и во вред. Например, направленна создание нового бактериологического оружия. Но я надеюсь, что в современных условиях это не произойдет, поскольку такие разработки запрещены во всем мире.
Аркадий Фрадков, старший научный сотрудник лаборатории молекулярных технологий для биологии и медицины Института биооргани ческой химии РАН:
- Это событие выходит далеко за рамки очередного олимпийского достижения. Во-первых, с точки зрения генно-инженерной технологии: собрать воедино полмиллиона нуклеотидных оснований в определенном порядке и практически без ошибок - весьма трудоемко и сложно, и доселе никому не удавалось. Прекрасный повод для записи в Книгу рекордов Гиннесса и иллюстрация известного тезиса о переходе количества в качество. Действительно, родилось новое качество -полумиллионный синтетический бактериальный геном. Но еще родилась и технология создания подобных геномов, что неизмеримо ценнее.
Второе. Кажется очевидным, что если вставить ДНК в клетку, то она должна заработать надлежащим образом. Однако манипуляция с геномом как единым целым (а не с его отдельными кусками, что уже давно вошло в практику) – это смело и дерзко. До этого была пересадка целого бактериального генома от одного микроорганизма к другому, при этом Вентер показал “превращение” одного вида в другой. Не трюизм ли? Ведь ясно, что наследуемые признаки закодированы в цепочке ДНК, и если одну цепочку поменять на другую, то и вся наследственная информация поменяется тоже. Но все не так просто.
Вопросов много: сумеет ли новая наследственная информация реализоваться в чужеродном окружении? Не исказится ли? Получится ли в результате жизнеспособная бактериальная клетка? Последнее совершенно не очевидно - слишком многого мы еще не знаем. На современном этапе познания живого генная инженерия, по сути, занимается манипуляцией с “черным ящиком”, подсовывая в клетку нечто и наблюдая за результатом. Мы только-только научились закладывать в живой компьютер программы, весьма отдаленно представляя себе, как этот компьютер обработает данную информацию, интерпретирует, и что получится на выходе. Тем ценнее каждый шаг, приближающий нас к пониманию функционирования такого живого компьютера как целого, со всеми его “железками”, памятью, “софтом” и прочими штучками, чему и имени-то пока нет.
Я намеренно оставляю за скобками целый пласт проблем, порождаемых работой Вентера, да и не только этой работой, а всем направлением экспериментальной биологии сегодняшнего дня. Тут и этические, и философские моменты, проблемы теории познания, да и религиозные тоже где-то рядом. А вправе ли? А хорошо ли? А не случится ли чего? И что дальше? Ну и, наконец, а не грех ли гордыни - стремление человека уподобиться Демиургу, создающему жизнь?! Есть твердое внутреннее убеждение: несмотря на то что судьбы новых технологий, будь то мирный атом, космос или ГМО, “компетентно” решает демократическое большинство, прогресс науки и технологии в его нынешнем понимании есть данность, не зависящая от воли, желаний и страхов отдельных индивидов. Show must go on!
e-news.com.ua
.jpeg)
.jpeg)
.jpeg)
.jpeg)
.jpeg)
.jpeg)
.jpeg)
.jpeg)
