Синтез жизни

Искусственную бактерию с самым «простым» ДНК в мире недавно создали в лаборатории института Дж. Крейга Вентера в городе Ла-Холья на юге Калифорнии. Ученые Гамильтон Смит (на фото вверху справа), Клайд Хатчисон и сам Крейг Вентер (вверху слева) поделились своим успехом с коллегами в научном журнале Science. Свое лабораторное творение, возможности которого «урезаны» до банального выживания, они назвали Syn3.0. Его генетический материал насчитывает всего 531 560 букв ДНК – меньше, чем у любого другого самостоятельно существующего живого организма на Земле.

Крейг Вентер не сомневается, что его «минимальный микроб» ждет большая индустриальная карьера. Генная инженерия, говорит он, стоит на пороге новой эры. Новое время синтетической биологии сулит возможность целенаправленно конструировать целые геномы. «Мы найдем пути синтеза, о которых сегодня не можем даже помыслить», – обещает Вентер. Это относится к микробиологическому производству как синтетических материалов или лекарственных средств, так и горючего.

Крейг Вентер, давший имя институту в Ла-Холье, – талантливый ученый, который сделал из расшифровки геномов серьезный бизнес. Кроме того, он почти в одиночку расшифровал геном человека; он преобразовал свою личную яхту в исследовательское судно, которое теперь используется для изучения бактериального многообразия океанов. Вентер занимается не только фундаментальными исследованиями, он еще и предприниматель. 11 лет назад он основал компанию Synthetic Genomics, которая ответственно провозглашает своей целью «дигитализацию жизни», «разрешение глобальных проблем», и верит, что Syn3.0 сыграет в этом решающую роль.

Гамильтон Смит почти полвека назад нашел молекулярные ножницы, позволяющие «раскраивать» наследственный материал. Это открытие стало решающим для наступления эры генной инженерии. В 1978 году Смит был удостоен за него Нобелевской премии в области медицины. Впрочем, такая честь не отбила у него тяги к экспериментальной рутине. Сегодня он по-прежнему почти каждый день появляется в лаборатории и не чурается собственноручно работать с пипеткой. Несмотря на свои 84 года, он не хочет потерять сноровку.

Клайд Хатчисон на семь лет моложе своего коллеги и тоже входит в когорту пионеров генной инженерии. В 70‑е годы он участвовал в расшифровке первого генома вируса. Кроме того, ученый разработал методику, позволяющую добиваться целенаправленной мутации отдельных генов. Хатчисон предпочитает все держать под контролем, в то время как Смит не прочь поимпровизировать. Их экспериментаторские стили великолепно дополняют друг друга. Ученых объединяет энтузиазм, с которым они идут к общей цели: созданию искусственной жизни. Объявив о создании Syn3.0, Вентер, Смит и Хатчисон пришли к финишу рискованного авантюрного проекта, который растянулся на десятилетия. Еще в 2010 году они смогли синтезировать весь геном простой бактерии Mycoplasma mycoides и «трансплантировать» его в оболочку другого микроба. Им удалось пробудить свое творение к жизни, впервые создав организм с рукотворной ДНК. Эту первую форму синтетической жизни они окрестили тогда Syn1.0.

Вентер объявил об этом успехе и сразу погрузился в работу над следующим крупным проектом: максимально возможным упрощением исходной искусственной бактерии. Он планировал редуцировать наследственный материал Syn1.0, до тех пор пока микроб не предстанет в минимально необходимой для выживания «комплектации». Результатом, надеялся Вентер, должен был стать своего рода экстракт витальности – или не что иное, как генетическая сущность жизни.

Однако вопрос о том, насколько глубокие познания может дать «минимальная единица жизни» от Вентера, среди специалистов вызывает жаркие споры. Что, недоумевают критики, дает науке тот факт, что такой искалеченный микроб может выживать в лаборатории, в совершенно искусственных условиях? «Если удалять гены один за другим, то в конечном итоге останется клетка, которая по мере такой процедуры будет становиться все слабее и все бесполезнее» – так оценивает проект гарвардский генетик Джордж Черч в специализированном издании Nature. Вентер такую критику отметает. Он заявляет, что реализовал давнюю мечту многих исследователей, и приводит слова французского биолога и философа Феликса Ле-Дантека, еще больше века назад, в 1906 году, грезившего идеей «праклетки»: «Дайте мне живую протоплазму, и я заново создам весь животный и растительный мир».

Вентер и его команда находятся еще в самом начале исследований новой Sin3.0. Однако уже сейчас этот простейший из всех живых организмов преподнес своим создателям потрясающие сюрпризы, отмечает он. Особенное значение он придает, как ни парадоксально, тем тайнам, которые бактерия продолжает хранить. «Важнейшее понимание, к которому мы должны прийти, состоит в том, как мало мы знаем», – говорит Вентер. Ему и его соратникам пришлось «укомплектовать» свое творение 473 генами, чтобы оно оказалось жизнеспособным. Точное функциональное назначение 149 из них им неизвестно.

Это удивило и его самого. Трудности, сопряженные с конструированием «минимального микроба», он поначалу существенно недооценивал. То, что задумывалось как рациональный подход к бактериальному дизайну, постепенно перетекло в латание генетических дыр, сопряженное с колоссальными временными затратами. «В целом на это ушло на четыре года больше, чем мы рассчитывали», – признает Вентер.

Любой на его месте воспринял бы «тяжелые роды» Syn3.0 как провал: мечты создать жизнеспособный геном, не отходя от компьютера, разбились. Но Крейг Вентер слишком одержим своей смелой идеей и видит положительные моменты даже в проблемах. Ему не терпится сорвать завесу тайны с тех самых 149 генов. 70 из них исследователям удалось хотя бы отнести к тем или иным функциональным группам; в случае с 79 остальными им пришлось действовать вслепую. Вентер надеется, что загадочные гены позволят глубже постичь неизведанную доселе сущность жизни. «Только если мы осознаем, как мало нам известно о простейших бактериях, мы увидим, насколько поспешно говорить о генетическом «редактировании» генома куда более сложного создания – человека».

Тем не менее создание форм жизни, обладающих беспрецедентными свойствами, стоит начинать с максимально простых организмов, таких как минимальный микроб. Желая ускорить скучный и длительный процесс конструирования и тестирования геномов, Вентер и его команда прибегли к его автоматизации. Для этого они разделили наследственный материал бактерии на восемь частей и разработали методику, позволяющую поэтапно оптимизировать каждую из них. Данная процедура, пишут авторы в своей статье на страницах журнала Science, подходит не только для «минимизации» генома, но и для «создания клеток с любыми искомыми свойствами».

Вентер признает, что пока до этого далеко: «В ближайшее время Syn3.0, по-видимому, будет представлять интерес прежде всего для науки». Но, чтобы стимулировать других к использованию его лабораторного детища, в том числе и в экспериментах по конструированию геномов, он намерен в ближайшее время объявить конкурс. Премию получит тот, кто внесет наиболее оригинальное изменение в наследственный материал в Syn3.0. Однако, возможно, главным плодом технологического прогресса в конечном итоге окажется нечто иное, и методика, при помощи которой ученые пришли к своей цели, сыграет большую роль, чем созданный с ее помощью организм.

Печатается в сокращении