В начале этой недели более сотни ученых, юристов и энтузиастов были приглашены на конференцию по обсуждению возможности создания синтетического генома человека. Что интересно, встреча проходила практически за закрытыми дверями, так как журналистов на нее не приглашали, а участников просили особо не рассказывать о происходившем. Учитывая специфику обсуждаемого вопроса, такой подход, признаться, выглядит весьма подозрительным и в некотором роде даже пугающим.
Идея создания синтетического генома человека несколько отличается от «обычной» генной инженерии. Ведь вместо «модификации» того или иного гена речь идет о создании с нуля всех содержащихся в человеческих хромосомах компонентов ДНК с использованием искусственных (отсюда и название «синтетический») химических соединений. Другими словами, синтетическая геномика, в отличие от генетических модификаций, не подразумевает использование настоящих генов. Вместо этого она полагается на изготовление базовых пар искусственным путем. Это в свою очередь открывает дверь к более широким возможностям и исследованиям, не ограничивающимся набором из базовых пар, образующихся в природе.
В настоящий момент ученые рассматривают синтетическую геномику как способ создания новых микроорганизмов и животных, однако то же самое можно справедливо отнести и к человеку. В перспективе данное направление будет являться базой к созданию специально спроектированных людей и, возможно, даже квази-людей, то есть полностью искусственных людей, не имеющих никаких родительских связей на генетическом уровне. Тема очень щекотливая, поэтому ее обсуждение и поиск возможностей потребует не один год. Не говоря уже о спорах и моральных дилеммах, которые обязательно будут ее сопровождать.
Конечно же речь идет пока о «бактериях» и о «микроорганизмах». Но понимание принципиальных отличий «микроорганизмов» от «макроорганизмов», позволяет автору блога утверждать — «Наступает эра создания программируемых существ» или, попросту, БИОРОБОТОВ.
Биоинженеры из MIT разработали язык программирования, который позволит придать новые функции клеткам кишечной палочки.
Американские исследователи разработали инструмент, с помощью которого определять функции живых клеток становится так же просто, как писать код для компьютеров. Инструмент основан на уже существующем языке программирования Verilog, который используется разработчиками чипов при проектировании электронных схем. Идея данной разработки – сделать программирование клеток похожим на программирование компьютеров.
«Мы используем тот же подход, что применяется для проектирования электронного чипа. Сходство очевидно в каждом из шагов, вот только схема выполнена не на кремнии, а заложена в ДНК» – комментирует Крис Войт (Chris Voigt), один из авторов работы.
Цели синтетической биологии – создание клеток, функции которых могут быть настроены под определённые нужды. Изменение ДНК микроорганизмов позволяет перепрограммировать их под выполнение конкретных задач, например, производство лекарственного средства или изменение цвета для обнаружения вирусов в крови. Однако, несмотря на активную работу в этой области, процесс этот всё ещё достаточно сложный и кропотливый.
Поэтому исследователи и начали адаптировать символьный язык, позволяющий задавать функции компьютерной электронной схеме, для нужд биологии: команда Войта поняла, что по такому же принципу можно работать и с цепочками ДНК.
Учёные разработали систему под названием Cello, которая позволяет использовать язык Verilog для работы с последовательностями ДНК. С помощью команд генерируется цепочка ДНК, кодирующая указанную информацию, а после эта модифицированная ДНК внедряется в микроорганизм.
Войт и его коллеги разработали и испытали таким образом 60 схем, 45 из которых отлично работали во время испытаний, при этом одна из них стала самой крупной биологической цепочкой, когда-либо смоделированной учёными – такая ДНК состояла из 12 тысяч единиц и семи логических вентилей.
«Cello позволяет специалистам по синтетической биологии главным образом сосредоточиться на том, под какую цель перепрограммировать бактерии, а не на том, как же это сделать«, – объясняет соавтор работы Мэтью Беннет (Matthew Bennett) из Университета Райса в Хьюстоне.
По мнению Войта, в ближайшее время можно ждать выхода множества приложений, облегчающих программирование клеток.
«Мы находимся на пороге перепрограммирования клеток для терапевтических применений, которые будут действовать почти так же, как бактерии йогурта производят полезные для здоровья вещества в кишечнике«, – говорит учёный.
Могут ли ученые послойно уменьшить сложность жизни, чтобы выявить суть жизни, основу биологии? Пытаясь это проделать, ученые создали искусственный организм, обладающий лишь генами, необходимыми ему для выживания. Но они понятия не имеют, что делает примерно треть этих генов.
Работа Крейга Вентера и его коллег на эту тему была опубликована в журнале Science буквально на днях. Команда Вентера скрупулезно развинчивала геном Mycoplasma mycoides, бактерии, которая проживает в крупном рогатом скоте, чтобы выявить чистый костяк генетических инструкций, способных делать жизнь как процесс. Результатом этого стал крошечный организм под названием syn3.0, содержащий всего 473 гена. (Для сравнения: кишечная палочка E. coli содержит от 4 до 5 тысяч генов, а человек — порядка 20 000).
Тем не менее в этих 473 генах обнаружилась зияющая дыра. Ученые понятия не имеют, что делает треть этих генов. Вместо того чтобы подсветить основные компоненты жизни, syn3.0 показал, сколько нам осталось узнать о самых основах биологии.
«На мой взгляд, особенно интересно, что это может нам рассказать о том, чего мы не знаем, — говорит Джек Шостак, биохимик из Гарвардского университета, не принимавший участия в исследовании. — Так много генов с неизвестными функциями кажутся настолько важными».
«Мы совершенно удивлены и шокированы. Исследователи ожидали, что в смеси будет некоторое количество неизвестных генов, возможно, от пяти до десяти процентов генома. — Но в результате получилась потрясающая цифра»— говорит Вентер, биолог, возглавляющий Институт им. Дж. Крейга Вентера в Ла-Хойя, Калифорния, известный за свой вклад в картирование человеческого генома.
Семя для происков Вентера было посажено в 1995 году, когда его команда расшифровала геном Mycoplasma genitalium, микроба, живущего в мочеполовых путях человека. Когда ученые Вентера начали работать над этим новым проектом, они выбрали M. genitalium — второй полностью секвенированный бактериальный геном — в частности, из-за его крошечного размера. С 517 генами и 580 000 буквами ДНК, эта бактерия обладает одним из самых маленьких известных геномов среди самовопроизводящихся организмов. (Некоторые симбиотические микробы могут выживать со 100-буквенными генами, но полагаются на ресурсы своего хозяина в таком случае).
Компактный набор ДНК M. genitalium поднял вопрос: какое наименьшее число генов может позволить себе клетка? «Мы хотели узнать базовые генные компоненты жизни, — говорит Вентер. — 20 лет назад это казалось хорошей идеей — мы и понятия не имели, к чему нас приведут двадцатилетние поиски».
Вентер и его коллеги изначально намеревались создать урезанный геном, основанный на знаниях учеными биологии. Они хотели начать с генов, участвующих в наиболее важных процессах клетки, вроде копирования и перевода ДНК, и от них уже строить.
Но прежде чем они смогли бы создать эту краткую версию жизни, ученым нужно было выяснить, как спроектировать и построить геном с нуля. Вместо того чтобы редактировать ДНК в живом организме, как делает большинство ученых, они хотели получить полный контроль — спланировать свой геном на компьютере и затем синтезировать ДНК в пробирках.
В 2008 году Вентер и его соратник Гамильтон Смит создали первый синтетический бактериальный геном, построив модифицированную версию ДНК M. genitalium. Затем, в 2010 году, они создали первый самовоспроизводящийся синтетический организм, произведя версию генома M. mycoides и пересадив его разным видам Mycoplasma. Синтетический геном возобладал над клеткой, вытеснил родную рабочую систему и заменил ее версией людей. Искусственный геном M. mycoides был практически идентичен природной версией, за исключением нескольких генетических пометок — ученые добавили свои имена и несколько знаменитых цитат, включая слегка искаженную версию высказывания Ричарда Фейнмана: «Чего я не могу создать, того не понимаю».
Заполучив правильные инструменты, ученые разработали ряд генетических чертежей для своих минимальных клеток и затем попытались построить их. «Ни один замысел не удался», говорит Вентер. Он посчитал свои многочисленные неудачи наказанием за их высокомерие. Обладает ли современная наука достаточными знаниями базовых биологических принципов, чтобы построить клетку? «Ответом было сокрушительное нет», говорит он.
Наследственность — способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности все живые существа сохраняют в своих потомках характерные черты вида. Такая преемственность наследственных свойств обеспечивается передачей генетической информации. Наследственность наряду с изменчивостью обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе эволюции живой природы. Наследственность и изменчивость являются предметом изучения генетики.
В начале этой недели более сотни ученых, юристов и энтузиастов были приглашены на конференцию по обсуждению возможности создания синтетического генома человека. Что интересно, встреча проходила практически за закрытыми дверями, так как журналистов на нее не приглашали, а участников просили особо не рассказывать о происходившем. Учитывая специфику обсуждаемого вопроса, такой подход, признаться, выглядит весьма подозрительным и в некотором роде даже пугающим.
