Сконструировав искусственную ДНК и внедрив ее в живую клетку,
американские генетики положили начало новому этапу эволюции на Земле.
Известный американский физик и футуролог Фримен Дайсон, делая в 2009
году для "Итогов" прогноз развития науки и техники на будущее, отметил,
что одним из самых перспективных направлений он считает генную
инженерию. Профессор принстонского Института перспективных исследований
уверен, что уже в XXI веке домохозяйки и дети смогут, не выходя из
квартиры, при помощи своеобразныхконструкторов типа "сделай сам" моделировать и создавать новые виды
растений и животных. Подобно тому как сегодня на компьютере при помощи
фотошопа можно раскрашивать цветы и подрисовывать дополнительные
конечности животным, в будущем можно будет делать то же самое с живыми
существами. Нет, это не ремейк истории про доктора Франкенштейна: никто
не намерен собирать монстров, пришивая лошади слоновий хобот. Все
изменения будут вноситься еще на стадии формирования зародыша живого
существа. И, похоже, фантастические прогнозы американского футуролога
начинают сбываться. Американский Институт Крейга Вентера опубликовал
сенсационные результаты эксперимента по созданию искусственного живого
организма. На исследовательские работы сам профессор Вентер затратил без
малого 15 лет и 40 миллионов долларов. Но оно того стоило. Ученый
добился поставленной цели: в ходе множества экспериментов его научной
команде удалось создать и вырастить клетку, генетический код которой был
полностью смоделирован на компьютере.
Как на дрожжах
Начало
эксперименту было положено в 1995 году, когда ученые взяли простейшую
бактерию Mycoplasma mycoides, обладателя самого маленького генома среди
организмов, способных самостоятельно размножаться в лабораторной
культуре. Исследователи полностью расшифровали геном микроба и
превратили его в текст, записанный при помощи текстового редактора в
компьютерный файл. Содержимое файла представило собой набор из миллиона
букв A, G, C и T, скомпонованных в определенной последовательности и
обозначавших четыре нуклеотида, из которых состоит цепочка любой
молекулы ДНК.
Среди примерно 500 генов, записанных в ДНК
бактерии, ученые выявили так называемые гены "домашнего хозяйства" - они
отвечают за жизнедеятельность клетки. Еще около 100 генов определили
как "гены роскоши", которые регулируют второстепенные функции бактерии,
то есть то, что она делает для внешнего мира. Затем компьютерный файл
снова отредактировали. В цепочку нуклеотидов вместо некоторых "генов
роскоши" исследователи вставили фрагменты ДНК, в которых при помощи
специального кода зашифровали четыре блока информации. Эти
последовательности нуклеотидов назвали "водяными знаками", потому что
они остаются в ДНК всех микробов, произошедших от данной клетки. В
качестве "водяных знаков", как рассказал "Итогам" доктор биологических
наук, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН
Александр Марков, "в первую очередь "ради прикола", а также для того,
чтобы в геноме присутствовали доказательства, что он искусственный",
ученые вписали свои имена, адреса электронной почты и пару цитат из
классики.
Но самое важное произошло потом. Имеющийся текст
генетики разбили на тысячу кусков по тысяче букв каждый и отправили их в
одну из фирм, занимающихся синтезом ДНК на основе подобных текстов.
Таких компаний на рынке сегодня довольно много. Они выполняют заказы,
например, для производителей биочипов или медиков. Синтез каждого
нуклеотида в цепочке, как рассказал Александр Марков, сегодня стоит 1-2
доллара. Таким образом оказались получены 1000 кусков ДНК по 1000
нуклеотидов в каждом. Казалось бы, почему не заказать синтез сразу всей
цепочки из миллиона букв? Но дело в том, что более длинные куски пока не
умеют синтезировать химически - это очень сложная техническая задача.
Однако это ограничение не остановило Крейга Вентера. Коль всю цепочку
ДНК разом невозможно синтезировать в лаборатории сторонних компаний,
ученые решили разобраться с проблемой самостоятельно. Они брали по 10
кусочков из 1000 нуклеотидов и вставляли их в клетки дрожжей. В конечном
итоге удалось добиться того, что в дрожжевых клетках были получены
целые геномы длиной в миллион нуклеотидов. Готовую цепочку ДНК
исследователи вставили в бактерию Mycoplasma mycoides и увидели, что в
некоторых случаях происходит поглощение генома и образование двух ДНК.
Когда микроб размножился, ученые обнаружили, что некоторые экземпляры
рождались только с искусственной хромосомой. Их отобрали и вывели чистую
культуру бактерий с ДНК, сконструированной на компьютере. Получается,
что искусственная хромосома взяла клетку полностью под свой контроль и
трансформировала ее так, что клетка изменила идентичность. В итоге
искусственные клетки стали нормально размножаться и образовали
собственную колонию, радуя своих создателей плодовитостью и
жизнерадостностью.
Вентеру впору было кричать "Эврика!"? Он -
первый в мире создатель искусственной жизни?! Не совсем так. Как
отмечают некоторые эксперты, получившаяся клетка была составлена по
подобию уже существующей: образец ДНК взяли у известной бактерии,
немного его изменили и вставили опять же в клеточную оболочку. Ученые
утверждают, что им впервые удалось сначала полностью синтезировать ДНК в
компьютерном варианте, а затем создать ее физически. "Они показали, что
технически это возможно, и даже раскрыли весь путь создания
искусственной жизни", - говорит Александр Марков.
