Искусственная жизнь
Крейг Вентер: «Я хочу отправиться в неизведанные места, к новой фазе эволюции, в день, когда один ДНК-вый вид может сесть за компьютер и создать другой. Я хочу показать, что мы понимаем программное обеспечение жизни, создав новую искусственную жизнь»
Mycoplasma genitalium — бактерия, живущая в уретре человека, где она иногда вызывает слабую, передающуюся половым путем инфекцию. До недавнего времени ее единственным отличием был самый маленький геном из всех свободно живущих бактерий. Но это изменилось, когда она стала шаблоном для первой попытки создания искусственной жизни.
Перспектива одушевления неживой материи давно интересовала человечество, как показывает непреходящая популярность «Франкенштейна» Мэри Шелли. Проект Крейга Вентера, одиозного ученого, руководившего частным проектом по секвенированию человеческого генома, обещает превратить эту идею из фантастики в реальность.
С 1999 года Вентер изучал М. genitalium с целью идентифицировать качества «минимального генома» - наименьшего набора генов, необходимого для поддержания жизни. И он получил ответ: бактерия может выжить с 351 геном из ее 485. Теперь он собирается синтезировать такой организм в лаборатории при помощи созданного человеком генетического кода. Если у него получится, то жизнь будет сотворена из химических веществ в пробирке. Как отметил один из критиков Вентера, «у Бога появился соперник».
Создание Синтии
Вентер называет организм, который он планирует создать, Mycoplasma labatorium, но антибиотехнологическая организация ETC Group придумала более запоминающееся название — Синтия. Она не будет самым первым синтетическим организмом: Экард Виммер из университета в Стоуни-Брук (штат Нью-Йорк) собрал геном вируса полиомиелита, а команда Вентера воссоздала с нуля геном другого вируса, Рhi-Х174. Однако вирусы — простые объекты для синтетической биологии. У них очень маленькие геномы, и поскольку для размножения им необходимо встраиваться в другие клетки, они не считаются истинно живыми.
Хотя геном Синтии в 18 раз длиннее, чем геном любого вируса, для ее оживления понадобится другой живой организм. Ее геном будет собран в лаборатории, но так как ученые пока не способны воспроизвести сложную клеточную машинерию, существующую за пределами ядра, искусственный геном придется перенести в «пустую» клетку другой бактерии. В 2007 году Вентер показал, что такая трансплантация возможна, пересадив геном одной бактерии Mycoplasma в клетку ее близкой родственницы. Геном клетки-хозяина перестал работать, и фактически один вид превратился в другой. Если использовать такой же метод для переноса синтетического генома, получится искусственный организм. Следующий этап - создание синтетического генома - также был завершен. Вентер из ДНК в пробирке воссоздал единственную кольцевую хромосому М. genitalium состоящую почти из 583 000 пар оснований. Код бактерии разделили на 101 участок, или «кассету», длиной от 5000 до 7000 нуклеотидов и заказали эти компоненты у компаний синтезирующих короткие последовательности ДНК. После сборки геном был идентичен геному дикой бактерии во всем, кроме одного важного аспекта: единственный ген, позволяющий М. genitalium заражать клетки млекопитающих, был нокаутирован во избежание несчастных случаев.
На момент написания книги осталось лишь успешно перенести синтетическую хромосому в бактериальную оболочку. У полученного организма будет природное аппаратное обеспечение, но все программы будут написаны в лаборатории.
Использование во благо и во вред
Эксперименты Вентера с синтетической биологией имеют две цели. Первая, интеллектуальная, — понять, что отличает живое от неживого. Вторая, практическая, - обратить синтетическую биологию в инструмент для создания полезных для человечества организмов.
Водород, производимый некоторыми бактериями, считается одним из источников энергии будущего, поскольку при сгорании выделяет только воду. Вентер планирует использовать синтетическую биологию для разработки организмов, выделяющих это чистое топливо естественным путем. Его работы частично финансируются Министерством энергетики США. Помимо этого, он планирует создать организмы, поглощающие и перерабатывающие токсические отходы, которые в природе бактериями не разлагаются, а для борьбы с глобальным потеплением — организмы, впитывающие углекислый газ из атмосферы. Генетическая инженерия существующих бактерий поможет решить эти технологические задачи, но она ограничена естественными свойствами микроорганизмов. Но если она сработает, то синтетическая биология откроет возможности создания с нуля геномов, выполняющих конкретные задачи.
Однако любую технологию можно использовать как во благо, так и во вред. Не касаясь моральных возражений тех, кто считает неправильным вмешиваться в жизнь, злоупотребление синтетической биологией вызывает опасения. Как признал коллега Вентера Гамильтон Смит, после того как команда воспроизвела геном вируса РЫ-Х174, «мы могли бы сделать геном оспы». Смертельный патоген, уничтоженный в природе, может быть воскрешен биотеррористами или государством-изгоем.
Не менее пугающей является перспектива «биоошибки» - случайного создания микроба с повышенной болезнетворностью или инфекционностью, против которого у нас не будет никакой защиты. Некоторые биологи призывают к временному мораторию на такие исследования до тех пор, пока не будут разработаны протоколы безопасности, как это сделали в 1970-х на конференции в Азиломаре для рекомбинантной ДНК.
Часть из этих страхов необоснованные — во всяком случае, пока. Вентер на 18 месяцев приостановил свои исследования, чтобы независимая комиссия по этике могла оценить его работу. А организмы, которые он создает, настолько слабые, что не способны выжить за пределами лаборатории. Генетическая инженерия бактерий существует уже более тридцати лет, и до сих пор не зарегистрировано ни одного серьезного инцидента. Но по мере развития эта технология будет создавать как проблемы и угрозы, так и новые возможности. Продвигаться вперед нужно с осторожностью.
Биоошибка
Хотя мышиная оспа родственна вирусу натуральной оспы, подхватившие ее грызуны обычно переносят ее легко. Однако это изменилось, когда в 2001 году ученые из Австралийского национального университета ввели в вирус маленькую генетическую модификацию. Исследователи не собирались делать патоген более болезнетворным — они исследовали контрацептивную вакцину, — но генетическое изменение привело к бедственным последствиям. Все животные в эксперименте погибли, став жертвами не биотерроризма, но биоошибки.
Критики синтетической биологии утверждают, что если такой несчастный случай может произойти при изменении в микроорганизме всего одного гена, то создание целых геномов с нуля грозит глобальной катастрофой. Сторонники доказывают, что такие организмы не покинут лабораторию до тех пор, пока не будет доказана их безопасность, а те, кому это удастся, не смогут выжить в природе.
Путешествие «Чародея II»
Помимо генетики Крейг Вентер увлекается мореплаванием, и со временем он объединил две свои страсти в единый инновационный проект, который, как он надеется, поможет в создании искусственной жизни. В 2007 году Вентер опубликовал первые результаты глобальной океанической экспедиции по сбору образцов на яхте «Чародей II», в ходе которой были собраны, миллионы микроорганизмов вдоль побережий Америки.
Цель состояла в открытии новых видов, часть из которых возможно способна производить водород или накапливать углекислый газ. Гены таких микроорганизмов можно встретить в синтетические живые организмы, что позволит бороться с глобальным потеплением и синтезировать экологически чистое топливо.