IT-байки: синтез генома – шаг к искусственной жизни или к Преисподней? / Аналитика

Научное открытие учёных-генетиков из Роквиллского института Крэйга Вентера (J. Craig Venter Institute in Rockville, JCVI), штат Мэриленд, заметно взбудоражило на прошедшей неделе международную общественность и умудрилось на некоторое время сдвинуть на второй план такие горячие темы, как, например, принятие окончательной формулировки Теории глобального потепления и даже обострившуюся донельзя тему перспектив наступления глобального экономического кризиса. Что ж, глобальное потепление мы с вами уже как-то обсуждали и обязательно вернёмся к окончательным формулировкам теории Global Warming – обещаю; надвигающийся мировой экономический кризис, варианты наступления которого освещались нами совсем недавно, также никуда от нас не денется (вернее, мы от него), так или иначе эта тема явно будет проявляться в наших публикациях на протяжении "критического" 2008 года. Однако подозреваю, что информация о революционном прорыве генетиков этой недели, впервые в истории человечества совершивших полный синтез генома бактерии, со временем может затеряться в нашей повседневной суете, и в следующий раз всплывёт только по причине какой-нибудь очередной глобальной апокалипсической хайгитлер-катастрофы, являясь одним из кирпичиков её фундамента. Так что выбор темы сегодняшнего воскресного рассказа разрешился сам собой – как темы об одном из наиболее меньших/больших зол для человечества (в зависимости с чьей колокольни смотреть). По традиции, сегодня я постараюсь по минимуму "вешать" собственные ярлыки в оценке события, но по максимуму растолковать его суть и представить максимальный спектр мнений по этому вопросу. А уж на чьей вы стороне – решать вам.

Сначала – о сути нашумевшего открытия. На днях в авторитетном журнале Science Magazine было опубликовано сообщение об успешном создании в лаборатории Роквиллского института полного синтетического генома наиболее миниатюрной из известных на данный момент науке свободноживущих бактерий - Mycoplasma genitalium. В работе группы учёных под руководством нобелевского лауреата биолога Гамильтона Смита (Hamilton Smith) описана использованная в лаборатории методика создания почти полной копии генетического материала, содержащегося в бактерии Mycoplasma genitalium. Говоря точнее, синтезированный в лаборатории геном, названный M. genitalium JCVI-1.0, содержит все гены исходного "дикого штамма" M. genitalium G37 за исключением гена MG408, разрушенного маркером-антибиотиком в процессе блокировки патогенности (ген, способный заражать человеческие клетки), плюс, добавление нескольких маркеров - "водяных знаков", для идентификации искусственного материала.

Не вдаваясь глубоко в суть определения "генома", на всякий случай напомню нашим читателем, что под этим термином в современном приложении для одноклеточного организма подразумевают совокупность хромосомных наследственных факторов, генетического материала организма, то есть, суммарную ДНК гаплоидного набора хромосом. Говоря ещё проще, помещение этого материала в "пустую" клетку теоретически может послужить началом жизни нового организма, пусть пока и на уровне простейшей бактерии. Хорошей аналогией геному клетки может служить операционная система вашего компьютера. В какой-то степени можно считать, что учёные попытаются "перезагрузить" систему с синтезированной (пиратской?) копией ОС. Впрочем, возможно, кому-то будет ближе аналогия с Barebone-системой. Комментируя открытие, Гамильтон Смит обозначил его следующим образом:

"Вторая стадия в трёхэтапном процессе создания синтетической жизни"

Первой стадией называют осуществлённую в прошлом году – кстати, этой же группой Вентеровского института, успешную трансплантацию генома одного вида бактерии в другой. Третьей же стадией на пути к синтезу живых организмов станет, по мнению учёных, химический синтез ДНК, которая, будучи помещённой в бактерию, сможет прижиться и развиться в синтетическую клетку. Собственно говоря, именно этим сейчас учёные и занимаются.

Про Крэйга Вентера, отца-основателя и бессменного руководителя J. Craig Venter Institute, ходят сплетни как о достаточно эксцентричной и самонадеянной особе. Занявший с 90-е годы геномикой, Вентер настолько достал коллег, что, по данным The Times Online UK, в своё время – в 2000 году, издание The New Yorker однажды вышло со следующей цитатой одного известного учёного: Craig Venter is an asshole. He’s an idiot. He is a thorn in people’s sides and an egomaniac. Извините, про "колючку кое-где" и прочее в том же духе переводить не хочется, а слово "эгоист" и без меня читается. Несмотря на достаточно революционные методы и даже успехи, работы Вентера признали "слишком рискованными для учреждения, финансируемого государством".
Впоследствии, на средства в виде многомиллионного пакета акций, полученных после ухода из Celera Genomics, Вентер основал своё собственное детище – J. Craig Venter Institute. Нынче в нём трудится более 400 учёных.

Как только эксперимент третьей стадии увенчается успехом, можно ждать более впечатляющих – аршинных новостных заголовков по этой теме, оповещающих о первой искусственно созданной форме жизни. По мнению экспертов, именно этот прорыв в генетических исследованиях однажды позволит превратить создание синтетических геномов – возможно, даже искусственных геномов млекопитающих, в обычную рутинную процедуру. Более того, подобные исследования называют важнейшим шагом на пути изучения комплексного функционирования системы генов – фенотипа. В любом случае, синтетическая копия бактерии позволит учёным начать исследования по определению генов, действительно необходимых для существования живого организма. Впрочем, об успешном окончании даже "второй стадии" на пути синтеза искусственных живых организмов говорить рановато. Как было подчеркнуто на пресс-конференции, "синтетическая хромосома пока не создана", и на этом пути ещё предстоит сделать ряд серьёзных шагов. Технических препон, мешающих сделать эти шаги, учёные не видят. Однако то, что уже сейчас удалось синтезировать, уже биологически активно. Учёные уже давно научились сравнительно легко "собирать" короткие фрагменты ДНК, но синтез целого генома является сложной задачей. Чем больше составляется комплементарных пар (оснований нуклеиновых кислот) их четырёх "строительных блоков" ДНК - анденина, цитозина, гуанина и тимина, тем цепочки становятся более слабыми и менее устойчивыми.

К примеру, до описываемого сегодня открытия максимально длинная синтезированная цепочка состояла из 32 тысяч комплементарных пар ДНК – практически в 20 раз меньше, чем геном M. genitalium, содержащий уже 582970 комплементарных пар. Для создания столь длинной цепочки учёным пришлось собирать геном из 101 сегмента, каждый из которых содержит порядка 5 – 7 тысяч комплементарных пар генетического кода. Сегменты генетического года были получены от компаний Германии и США, производящих ДНК-продукты на коммерческой основе, а "сшивание" их в единую цепочку производилось с применением стандартных приёмов молекулярной биологии. Для финальной сборки крупных фрагментов ДНК был применён натуральный метод так называемой "гомологичной рекомбинации", когда материал размещается в дрожжевых клетках для восстановления повреждённых ДНК. Попутной (побочной?) целью исследований также является желание создать искусственную клетку с минимальным числом генов, при котором ещё имеет смысл говорить о "живом организме". Кстати, бактерия M. genitalium была выбрана как раз по той самой причине, что содержит всего 485 генов. По мнению исследований, теоретически для определения организма в качестве "живого", биологически активного, требуется минимум 400 генов, хотя, Крэйг Вентер поговаривает даже о "нескольких дюжинах". Для сравнения: большинство бактерий содержат порядка 10 млн. комплементарных пар оснований нуклеиновых кислот, плесень – порядка 38 млн. Количество комплементарных пар у растений уже превышает 115 млн.; для генома млекопитающих количество комплементарных пар неизмеримо больше – в тысячи раз: человеческий геном содержит примерно 3 млрд. комплементарных пар. Кстати, в отличие от бактерии M. genitalium с её 485 генами, у человека их порядка 20 тысяч.

Интересно также отметить, что сам Вентер ещё в 2003 году опубликовал работу о синтезе первого искусственного генома, правда, тогда речь шла лишь о вирусе phi-X174.

Будущее геномики – сладкое или ужасное?

Очень надеюсь, что, с одной стороны, изложил основную суть этой сенсации не слишком запутанно, а с другой стороны, не слишком переврал в описании и не введу в ужас специалистов некоторыми деталями. Главное, надеюсь, представлено правильно: вполне возможно, что относительно скоро нам предстоит жить в эпоху искусственных организмов. Искусственных не в привычном смысле клонирования овечек Долли, а самом что ни на есть прямом: берём химикаты, задаём свойства, и на выходе получается уже нечто (некто?), созданное, может быть, по Божьему промыслу, но отнюдь не им самим. Прежде всего, когда всё это станет реальностью, перейдёт из лабораторий в цеха? Учёные говорят, что уже к 2012 году технология разработки и конструирования геномов любой бактерии или одноклеточного организма с мембраносвязанными ядрами станет обыденным делом. Возможно, что к тому времени станет возможным конструирование хромосом некоторых млекопитающих. Интересно в связи с этим отметить, что цены на ДНК-синтез снижаются последнее время чуть ли не в полном соответствии с Законом Мура для полупроводниковых микросхем. Так, условная стоимость одной комплементарной пары нынче составляет что-то вроде $1, и продолжает снижаться. Таким образом, по мнению специалистов, совсем скоро синтез искусственных организмов станет делом гораздо более быстрым и дешёвым, нежели физический перенос генов из одного организма в другой. Так зачем это всё нужно? Доктор Вентер приводит в пример выше упомянутую компанию, в которой он когда-то работал - Synthetic Genomics, она использует генетические разработки для создания технологий производства биотоплива. Да-да, те самые водоросли, описанные в нашей статье IT-байки: водоросли - топливо будущего?, которые будут перерабатывать отходы человеческой жизнедеятельности в биодизельное топливо. Схожая сфера применения искусственных организмов – разработка специальных форм для "поедания" токсичных отходов и борьбы с глобальным потеплением. Ещё? Да пожалуйста: борьба с болезнью Альцгеймера, раком, нейротоксинами и гриппом; фармацевтика – да вся органическая химия, наконец! Впрочем, минусов не меньше. Малейшая ошибка в конструировании генома может привести к появлению вируса, по сравнению с которым холера окажется чепухой. А ведь такие "ошибки" могут исследоваться и систематизироваться сознательно и целенаправленно… Если пораскинуть идеями за пределы генофонда бактерий и растений, можно нафантазировать что угодно. Некоторым журналистам-фантазёрам уже видятся люди с разноцветными глазами, первоклассными мозгами и умеренным темпераментом. А мне почему-то вспомнились могучие и в то же время несчастные андроиды из фильма Ридли Скотта "Бегущий по лезвию бритвы", где их успешно отлавливал Харрисон Форд. Жуть, словом. Про этику и говорить даже не хочется.

Лично я побаиваюсь этих генетиков (геномиков?) больше чем атомной бомбы. Почему? Всё очень просто: в отличие от бомбы, которая "жахнет", и всем мало не покажется (и потому, надеюсь, никогда не жахнет), генетики могут, образно выражаясь, "портить воздух незаметно". Как спаммеры, например. Пострадавших от ядерного оружия на Земле гораздо больше чем от спаммеров, к тому же они достают ежедневно. И если когда-нибудь дойдут у человечества руки до вздёргивания на одном суку этакого собирательного Ядерного Бомбиста и Спаммера, то ясен перец, первого, может быть, и пожалеют, а уж последнего будут вешать "на бис" перманентно. А генетики… Надеюсь, сегодня наши читатели не воспримут моё провокационное ворчание и профессиональное сгущение красок за чистую монету (помнится, после нагнетания страстей в статье про медицинских нанороботов я всё же "огрёбся" :-) в нашем Форуме). Что ж, с генетиками повременим. Поживём - увидим.

В статье использованы материалы и иллюстрации следующих источников:

- Обсудить материал в конференции