Искусственная жизнь почти создана

Человечество начинает творение искусственной жизни с возбудителя венерического заболевания. Учёным удалось синтезировать полностью искусственную ДНК Mycoplasmae genitalium. До создания искусственной жизни – пересадки этой ДНК внутрь живой бактерии – остался один шаг. С естественной ДНК его уже удавалось сделать.

Учёным из мерилендского Института Крейга Вентера удалось создать полностью искусственную ДНК. Собрав сотню генетических «кассет», основание за основанием, генетики объединили их в четыре длинных куска ДНК протяжённостью около 150 тысяч нуклеотидов каждый. Дальше пивные дрожжи помогли соединить четыре фрагмента в замкнутое кольцо, содержащее полную программу генетических инструкций для бактерии Mycoplasma genitalium. Статья об открытии появилась в разделе срочных публикаций американского журнала Science.

Этой же команде ранее удалось пересадить в клетку M. genitalium геном родственной ему бактерии другого вида, создав первый синтетический организм. Около полугода назад, сразу после публикации сообщения об искусственном превращении одного вида бактерии в другой, руководитель работы, знаменитый и – что редкость для учёного – скандально известный генетик Крейг Вентер проговорился одной из британских газет, что скоро мир узнает о новом прорыве. Теперь стало ясно, что он имел в виду.

Создание искусственной жизни учёные начали с бактерии, вызывающей одну из форм уретрита – венерического заболевания, проявляющегося в воспалении мочеполовой системы. Его ДНК, состоящую из 582 970 пар азотистых оснований и кодирующую всего 580 белков, удалось полностью расшифровать ещё в прошлом веке. Считается, что эта бактерия – простейший с генетической точки зрения организм, способный жить самостоятельно. ДНК вирусов ещё короче, однако их белки синтезируются внутри клеток других организмов, а существование так называемых нанобактерий и наноархей по-прежнему остаётся под сомнением.

Руководил данной работой Гамильтон Смит – нобелевский лауреат по физиологии и медицине 1978 года. Учёные заказали двум американским и одной канадской биотехнологическим компаниям 101 генетическую «кассету» длиной по пять–семь тысяч пар нуклеотидов каждая. Самые мелкие строительные блоки этих кассет были синтезированы химическими методами, а их окончательный синтез в нужном порядке обеспечивали бактерии.

Бактерии понадобились и для объединения кассет в четыре длинных фрагмента ДНК. Полученные от коллег генетические кассеты учёные вводили внутрь бактерий Escherichia coli. В этих примитивных клетках содержатся ферменты, облегчающие объединение фрагментов ДНК с комплементарной структурой. Специально для этого заказанные у биотехнологов кассеты намеренно синтезировались с небольшим перекрытием участков.

Синтезированный геном отличается также несколькими намеренными видоизменениями в тех его участках, которые, по-видимому, не связаны с синтезом белков. Это позволяет с уверенностью утверждать, что полная ДНК, сшитая учёными, действительно является искусственной.

Кроме того, учёные намеренно выключили производство белка, позволяющего M. genitalium прикрепляться к стенкам мочеполовых путей млекопитающих.

Это исключает возможность заболевания людей искусственным уретритом в том гипотетическом случае, если следующий шаг – создание искусственного организма – увенчается успехом, но бактерия по каким-то причинам сможет покинуть лабораторные стены.

Учёные рассчитывали, что синтез искусственной ДНК можно будет полностью провести внутри бактерий в пять этапов. Поначалу им это удавалось – в 25 групп по четыре кассеты в каждой были сшиты в «сборки» длиной примерно по 24 тысячи пар нуклеотидов. Дальше они объединялись в группы по три, а полученные тройки – в пары. Получались как раз четыре четверти полной ДНК. На каждом из этапов полученные фрагменты ДНК клонировались бактериями.

Однако дальше произошёл сбой. Делать «полу-ДНК» E. coli отказалась – куски ДНК длиной от 200 тысяч пар оснований и выше отказывались соединяться, разламываясь на меньшие фрагменты. Сотрудникам исследовательской группы пришлось поиграть с другими организмами в надежде найти подходящий.

Подошли пивные дрожжи. Они завершили синтез ДНК Mycoplasma genitalium, замкнув её кольцо – первый созданный человечеством искусственный нуклеоид (бактериальный аналог хромосом эукариотов).

Так выглядит первая искусственная "хромосома" под микроскопом // science.org

Следующий шаг – пересадка этого колечка внутрь живой бактерии, из которой будет предварительно извлечён её «генетический программатор». Если в полученном бактериальном гомункулусе пойдут биохимические реакции, начнётся синтез белков и произойдёт деление, можно будет говорить, что искусственная жизнь создана – пусть и по образу и подобию жизни натуральной. Учёные рассчитывают добиться этого успеха до конца текущего года.

Однако не все учёные уверены в таких перспективах. По словам Дорин Фарнэм, представительницы одной из биотехнологических компаний, производивших для Гамильтона кассеты, внедрение синтезированной ДНК внутрь бактерии может привести к её распаду. «Существует немало других факторов, определяющих выживание этих синтетических генов в клетке», – сказала она журналу Nature.

Глава института Крейг Вентер, являющийся одним из соавторов работы, обещает революцию в жизни человечества. Он уверен, что искусственные – или, как предпочитают говорить в его институте, «синтетические» – организмы можно будет запрограммировать на производство нужных человеку лекарств или новых видов экологически чистого топлива и даже заставить поглощать углекислый газ и разного рода загрязняющие вещества из атмосферы.

Непонятно, правда, при чем здесь искусственный организм. Лекарства уже давно производят подобным образом, внедряя необходимые генетические «кассеты» в ДНК реально существующих бактерий. Впрочем, даже если никакой практической пользы от синтетической жизни не будет, её общечеловеческое значение трудно переоценить.

В любом случае, до создания полноценного гомункулуса ещё далеко: в 46 хромосомах каждого из нас примерно 3 миллиарда пар нуклеотидов – в пять тысяч раз больше, чем у M. genitalium, и кодируют эти хромосомы 30 тысяч, а не 580 белков. Тем не менее, ранее японским учёным уже удавалось соединять воедино фрагменты ДНК общей длиной до 12 миллионов пар азотистых оснований. Правда, эти фрагменты были получены из живых клеток, а не синтезированы искусственно. Такие «искусственные хромосомы» подойдут уже для создания не только бактерий, но и животных.

Картина, которую рисует Вентер и его последователи, настолько поразительна, что многие учёные и околонаучные мыслители всерьёз встревожены возможностью повернуть эти открытия против людей.

«С одной стороны, мы имеем дело с удивительным научным вопросом, – говорит в интервью BBC представитель центра биоэтики британского Университета Ньюкасла Саймон Вудз. – Однако это и очередной пример того, как наука начинает копаться в вопросах, решение которых потенциально опасно». По его словам, нельзя быть уверенным, что такие открытия останутся исключительно в руках добропорядочных учёных.