СТАРАНИЯ ЮНОГО ВЕНТЕРА

Кажется, Альберт Эйнштейн однажды сказал: «То, что можно понять, можно создать!». Это высказывание стало настоящим девизом современной науки. А такие ученые, как ставший при жизни легендой знаменитый Крейг Вентер, ежедневной научной работой подтверждает этот тезис. Одним из самых значительных прорывов первого десятилетия XXI века стало создание первой живой клетки, геном которой был полностью искусственно синтезирован и которая способна к размножению.

Кто вы, мистер Вентер?
Ветеран вьетнамской войны американец Крейг Вентер, темпераментный и увлеченный человек, с юности занимался биохимией, но его мало прельщало провести жизнь в стенах химической лаборатории. Молодого исследователя всерьез заинтересовала возможность поставить свои научные идеи на коммерческие рельсы. В 1998 году Вентер прикладывает руку к созданию компании «Целера Геномикс», действующей на передовом рубеже биотехнологий. Именно «Целера» внесла неоценимый вклад в труднейшую задачу последнего времени – полную расшифровку генома человека. Конечно, работа над этим велась и прежде, но именно Вентер предложил революционный метод, который ускорил процесс. Идея, названная методом «дробовика», или методом «беспорядочной стрельбы», позволила секвенировать (т. е. определить последовательность) ДНК человека в течение двух следующих лет. Суть метода в том, что определяемую ДНК организма разбивают на множество небольших фрагментов, каждый из которых вводят в автомат, определяющий последовательность ДНК. Нечто похожее получится, если разодрать книгу по страницам и раздать их разным читателям. После того как будут определены последовательности каждого фрагмента, в действие вводят сложнейшие компьютерные программы, заново собирающие исходную последовательность. В итоге в 2000 году Вентер и его коллега по проекту «Геном человека» Френсис Коллинз объявили о победном событии – создании первого «наброска» последовательности генома человека. Крейг Вентер хотел было подзаработать на этом, предложив запатентовать результаты своих трудов, но мировая общественность запротестовала, ведь данные генома человека должны быть известны всем людям! Вентер уступил, опубликовав результаты расшифровки генома в Интернете, и ушел из «Целера Геномикс», создав новый институт имени самого себя.

Институт Крейга Вентера, реализовавший в 2000-е годы различные метагеномные проекты, вскоре заставил говорить о себе. Ведь ученым удалось проанализировать геномы нескольких простейших организмов, открыв при этом тысячи новых генов и новых видов живых существ. Следующей ступенью стала работа над синтезом искусственного генома. Это и сделал Вентер!

В настоящий момент в лаборатории Института Крейга Вентера живет и размножается обыкновенная бактерия, ДНК которой полностью «искусственна», то есть, синтезирована «в пробирке». Представьте, длиннющая молекула, состоящая из 1,08 миллиона нуклеотидов, «собранная вручную» учеными из химических компонентов по компьютерной программе и внедренная в клетку! Это даже не генная инженерия, когда ученым удается дополнить или исправить геном организма несколькими генами, – это полная пересадка всего генома. Именно это событие, по сути, положило начало синтетической геномике. Знаменитая публикация в мае 2010 года в журнале Science под названием «Создание бактериальной клетки, которая контролируется химически синтезированным геномом» стала венцом научного проекта, который длился 15 лет и обошелся в 40 миллионов долларов.

Знакомьтесь, «Синтия»
Да, «Синтия» – именно так окрестили созданную клетку с искусственным геномом журналисты, которые ко всему прочему нагнали страху на обывателей, мол, данный научный эксперимент – это открытие ящика Пандоры, и он несет угрозу миру. Но давайте разбираться…
Эксперимент по созданию искусственной жизни заключался в следующем: ученые синтезировали геном одной бактерии (Mycoplasma mycoides – донор) и внедрили его в клетку бактерии другого вида (Mycoplasma capricolum – реципиент). Причем полученный организм оказался идентичным именно донору. То есть эксперимент достоверно указал, что ДНК действительно содержит полную информацию о работе всей живой клетки. Полученная бактерия стала расти и размножаться именно как Mycoplasma mycoides, стала синтезировать белки, свойственные именно этому виду.

Надо сказать, что этот вид бактерий идеально подходил для подобных экспериментов по нескольким причинам: во-первых, их геном невелик и хорошо изучен. Различные виды микоплазм содержат всего от 580 тысяч до 1,4 миллиона пар оснований молекулы ДНК. Напомним для сравнения, что геном человека содержит порядка 3 миллиардов нуклеотидов. Во-вторых, в отличие от подавляющего большинства других бактерий с маленькими геномами, микоплазмы могут жить вне клеток хозяина, поэтому их можно выращивать в лаборатории. И, в-третьих, микоплазмы – это бактерии-прокариоты, что означает, что они не имеют клеточного ядра, весь их генетический материал распределен в цитоплазме клетки, и, таким образом, в них легко внедрить компоненты нового генома. Впрочем, даже при всех плюсах подобная работа отнюдь не простая: ДНК синтезировали по частям. Молекулярный «коктейль» сначала собирали в клетках кишечной палочки, затем – в клетке дрожжей и только потом ввели в клетку реципиента Mycoplasma capricolum.

Зачем все это нужно?
Ученые давно привыкли к этому вопросу, который возникает каждый раз, когда наука открывает новые двери на пути познания. И надо признать, что случай с «Синтией» не был исключением. Реакция общественности, как, впрочем, и научного сообщества не была однозначной. Практическое применение подобной технологии многим показалось сомнительным. Ведь одно дело «программировать жизнь» безъядерных клеток простых организмов и совсем другое – воспроизводить клетки растений, животных и человека. А тут уже возникают немалые сложности: например, если переносить ДНК в ядро, то как поступать с неядерной генетической информацией клетки?
Впрочем, Вентер отвергает все сомнения. Для него такие исследования – безусловный прорыв в фундаментальной науке, еще один шаг в исследовании происхождения жизни и в поиске ответа на вопрос, какие гены отвечают за жизнь и размножение живого существа. Безусловно, вершиной этих начинаний стали бы исследования, непосредственно связанные с организмом человека, дающие новые ключи к пониманию процессов его жизнедеятельности.

Вентер надеется в скором времени создать организм с полностью заданными свойствами и функциями. Такие организмы будут специально «сконструированы» для решения конкретных задач. Сегодня это основная цель синтетической геномики. Только вообразите, какие перспективы это может открыть для человечества. Например, бактерии могут стать настоящими фабриками по производству тех или иных необходимых человеку веществ – сложных лекарств, питательных белковых комплекосов! Или как вам перспектива создания биотоплива с помощью таких бактерий, которое сможет стать альтернативой ископаемым источникам энергии? Кроме того, искусственно созданные бактерии могли бы очищать окружающую среду от загрязнений. Сфер применения таких открытий может быть множество.

Жизненный минимум
Так или иначе, создание «Синтии» стало действительным прорывом науки первого десятилетия XXI века. Успех создания первого искусственного организма позволил Крейгу Вентеру обратить свое внимание на еще одну важную задачу – конструирование такой клетки, которая содержит «минимальное» количество генов, достаточное для поддержания жизни в простейшей форме. Нетрудно догадаться, что это приблизит ученых к ответу на вопрос тысячелетия – откуда произошла жизнь на Земле. Уже сейчас исследовательская группа Вентера заявляет о том, что предлагаемый гипотетический минимальный набор генов для того, чтобы жизнь возникла как таковая, должен состоять из 310-388 генов. В частности, самому простейшему организму совершенно не обойтись без таких обязательных генетических систем, как: гены трансляции, репликации, репарации, транскрипции; гены, контролирующие анаэробный метаболизм; гены биосинтеза липидов; гены системы транспорта белков; набор генов, обеспечивающих транспорт метаболитов; полный набор генов утилизации нуклеотидов и гены их биосинтеза. Отметим, что гены биосинтеза аминокислот, какие присутствуют у сложных организмов, микроорганизмам-паразитам для жизни не нужны.

Подобные исследования и открытия всерьез двигают современную науку вперед. В век разума и больших возможностей наши знания об окружающем нас мире расширяются именно благодаря ученым, обладающим невероятно проницательным умом и неуемной научной фантазией, коей обладает Крейг Вентер – человек, которому будет еще чем удивить нас с вами!