Виталий Антропов
|
|
Ближайшая цель – создание полностью искусственной биологической системы. Антон Батишев. Ноосапиенс. Иллюстрация из альбома «RU.БАШ.КА/Второе пространство/». 2020 |
Все началось с микоплазмы
Авторы провели исследование, в результате которого им удалось создать первую живую синтетическую бактериальную клетку из неживых частей. Они трансплантировали полный геном из одного вида бактерий в химически «убитую» клетку-хозяина. И эта новая синтетическая зомби-клетка (Zombie cells, принятый в синтетической биологии термин) возобновила нормальный рост и деление. Генетические тесты подтвердили, что внесенный в зомби-клетку геном полностью контролирует клеточные функции. «Мы берем клетку без генома – она функционально мертва. Но, добавляя новый геном, мы ее воскрешаем», – подытожил один из авторов этой работы Джон Гласс.
По ходу заметим, что результат этот – еще один белый шар в пользу теории естественного отбора Чарлза Дарвина: единственный способ умерщвленной клетки «выжить» – успешная установка нового генома. Борьба за выживание на клеточном уровне. Вездесущая органика, даже мертвая, не желает сдаваться…
Надо подчеркнуть, что нынешний успех исследователей из JCVI достигнут не на пустом месте. Например, в 2010–2016 годах был реализован проект JCVI-syn 3.0: создание первой синтетической биоконструкции путем трансплантации в живую клетку синтетического генома бактерии Mycoplasma mycoides (возбудитель легочных заболеваний крупного рогатого скота и домашних коз). Исследователи из JCVI планировали применить метод к другим микробам, включая E. coli и дрожжи. Это открыло бы путь к созданию искусственно созданных микробов для производства лекарств, биотоплива и экологически чистых материалов.
Но именно концепция возрождения мертвых клеток без селекции – это беспрецедентно. Обозреватели и эксперты, естественно, сразу задались вопросом: что дальше? Ведь исследование проводилось пока только на микоплазмах. Кстати, почему именно микоплазма…
О некоторых интересных особенностях этого микроба в статье «Жизнь начинается с 350 генов» («НГ-Наука» от 19.04.00) рассказывал член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, профессор Вадим Репин. «Одной из простейших биологических машин, известной генетикам, остается одноклеточный микроорганизм микоплазма, – пишет Вадим Репин. – Прародители микоплазмы – знаменитые молочнокислые палочки, которые широко используются для приготовления простокваши, йогуртов. Около миллиона лет назад основатели нового вида бактерий микоплазмы утеряли значительную часть хромосомы и претерпели серьезное упрощение в своей организации. Кольцевая хромосома микоплазмы сейчас содержит около 500 генов, а вся хромосома состоит из 580 000 нуклеотидов (звеньев в цепочке ДНК). Микоплазма утеряла клеточную оболочку и превратилась в настоящего паразита, который 99% времени проводит внутри клеток хозяина… Микоплазма предпочитает размножаться в клетках хозяина, хотя способна выживать и без помощи других клеток».
И далее шел рассказ о работе сотрудников Института генетических исследований в Роквилле (США). Они проверяли роль каждого из 500 генов в выживании микоплазмы. Довольно быстро удалось выяснить, что одиночное избирательное выключение одного из 150 генов не влияло на жизнеспособность бактерий. Но вот оставшиеся 350 генов оказались незаменимыми, хотя принадлежали к разным группам белков и ферментов клетки. «Машина жизни» не заводилась, если удаляли или повреждали любой из оставшихся 350 генов.
«Пока остается неясным, какая информация и какие силы заставят собранные детали клеток согласованно и устойчиво работать. Только манипуляции с искусственной хромосомой позволят выяснить участие генов в сборке инструментария и программ живых одноклеточных систем. Возможно, что правильно собранные детали начнут самостоятельно работать без дополнительной информации», – заключал статью профессор Вадим Репин.
Прогнозы в науке – дело не слишком благодарное. Недаром бытует парадоксальный афоризм: «Прогнозировать вообще очень трудно, особенно будущее». Тем не менее хотя бы приблизительно сам закон динамики развития исследований в синтетической биологии оценить можно.
Синтетическая химия
В 2003 году ученые из исследовательского института Скриппса в той же Ла-Хойе (Калифорния) сконструировали бактерию, которая использует для создания белков совершенно новую аминокислоту, не встречающуюся в живых организмах, существующих на нашей планете. А еще чуть раньше, в конце 2002 года, генетики из Нью-йоркского университета сумели синтезировать вирус полиомиелита: сразу же после того, как в пробирке были собраны все генетические составляющие, вирус тут же «самособрался».
Синтетическая биология явно набирала обороты…
Уже в 2004 году мировые информагентства сообщали: «Сотрудники Университета Рокфеллера в США делают первые шаги на пути к созданию искусственных форм жизни. Полученные ими небольшие искусственные везикулы, или образования в виде пузырьков, способные «обрабатывать» гены, являются грубым подобием биологических клеток».
Другими словами, ученым удалось синтезировать биологический объект, который еще не может делиться, как полноценная живая клетка, но уже способен поддерживать и воспроизводить некоторые биохимические процессы в живой клетке. На тот момент это было последним писком генно-инженерной моды: синтетическая биология, цель – создание принципиально иной жизни или новых микроорганизмов.
Американские биоинженеры буквально слепили «иную жизнь» из очень ограниченного набора компонентов. Клеточные мембраны искусственных везикул – из молекул жира, полученных из белка яйца. А наполнены клетки экстрактом из обычной кишечной палочки E. Coli, лишенной собственного генетического материала. В них также добавляли полученный из вируса энзим (биологический катализатор, фермент), чтобы везикула могла «обработать» код ДНК.
Всё. Этого оказалось достаточно, чтобы зафиксировать экспериментальный факт: везикула начинает производить протеины, подобно обычной живой клетке. В одном из опытов на стенках везикул даже стали образовываться небольшие поры, позволяющие накапливать питательные вещества для длительного функционирования клеток. Руководитель проекта Альберт Либхабер скромно проводил тогда такое сравнение: везикулы – это неживые биореакторы, в них проходят простые химические реакции, встречающиеся также в биологических растворах, в которых клетки отсутствуют.
Любопытно, что 29 марта 1863 года Чарлз Дарвин в письме Джозефу Хукеру, своему знакомому, признался: «Пройдет еще немало времени, прежде чем мы сможем сами увидеть, как слизь, сопли, или протоплазма, или что-либо в этом роде породит живое существо. Я, однако, всегда сожалел, что пошел на поводу у общества и воспользовался заимствованным из Пятикнижия термином «сотворение», в результате которого путем каких-то нам совершенно неизвестных процессов «все и появилось». Рассуждать в настоящее время о возникновении жизни просто нелепо. С таким же успехом можно говорить о возникновении материи».
Как бы там ни было, в июне 2025 года в журнале Nature Communications была опубликована статья группы ученых под руководством профессора Фаррена Айзекса из Йельского университета. Им удалось добиться редактирования сразу в 15 точках ДНК внутри одной клетки. Это втрое больше, чем удавалось ранее. Эксперт ресурса SecurityLab приводит такую аналогию: «Для сравнения: если представить ДНК как гигантскую книгу, то прежние методы позволяли исправлять одну букву или слово на странице. Новая технология – это как одновременно редактировать фразы в разных главах, не задевая остальные».
В общем, собрать человека с нуля – к этому все ближе и ближе подбирается синтетическая биология.
Азиатская шестерка
В июне 2026 года Международный коллектив ученых из шести стран Азии опубликовал в журнале Nature Biotechnology дорожную карту амбициозного 10-летнего проекта SynCell Asia. Цель – создание полностью искусственной биологической системы с нуля, используя только базовые биологические компоненты: липиды, белки, ДНК и другие органические молекулы. Программируемые таким путем клетки, помимо всего прочего (биотеха и биомедицины), значительно, как надеются ученые, продвинут науку в понимании природы самой жизни. Зная упорство азиатов, вполне реально представить, что через 10 лет может быть получена живая искусственная клетка, созданная из неживой материи. Впервые!
В проекте участвуют исследователи из Китая, Японии, Южной Кореи, Сингапура, Малайзии и Таиланда. Подключено более 100 лабораторий. Возглавляет коллаборацию Шэньчжэньский институт передовых технологий (SIAT) Китайской академии наук. Из этого же института и ведущий исследователь – Люй Чэньли. В рамках SynCell Asia планируется организовать открытую исследовательскую сеть азиатских университетов, лабораторий и биокомпаний. И конечно, все это не обойдется без тотального использования возможностей искусственного интеллекта.
Проект предусматривает два этапа реализации:
1) ProtoCell (2026–2031) – создание стабильной фосфолипидной везикулы с геномом из как минимум 200 генов; причем не менее 90% белков и ключевых метаболитов должны быть эндогенного (внутреннего) происхождения, то есть синтезированы собственной, еще бесклеточной системой;
2) AutoCell (2031–2036) – создание «автоклетки», способной к самовоспроизведению и росту; это подразумевает кодируемую геномом регенерацию рибосом (клетка производит собственную синтезирующую белки машину); минимум – 10 непрерывных циклов роста и деления без внешних систем синтеза белков.
Любопытно, что, судя по всему, участники этого азиатского научного консорциума очень аккуратно обходят неизбежные вопросы биоэтики. По крайней мере из доступных материалов можно сделать вывод, что в рамках SynCell Asia эти риски обсуждаются исключительно через призму биобезопасности, но не включают в себя обсуждение экологических или социальных последствий создания искусственной жизни с нуля.
После этого совсем по-другому начинаешь относиться к заявлению английского физика-теоретика Стивена Хокинга: «Опасность заключается в том, что случайно или намеренно мы создадим вирус, который нас уничтожит». Сказано это было в октябре 2001 года. Не такая уж и невозможная ситуация, если учесть, что минимальное число генов, необходимых для поддержания нормального функционирования клетки у некоторых видов бактерий, всего 350.