Ли Сильвер: Небожьи твари

11.07.07

Уже через пару-тройку лет ученые, двигающие самую молодую науку – синтетическую биологию, обещают осчастливить человечество формами жизни на Земле и заставить эти формы работать на человека. Осталось только выяснить, как все это с природой соотносится.

В последний раз это произошло около 3,6 млрд лет тому назад. Из пыли родилась крохотная живая клетка. Она воспроизвела себя, затем то же самое сделало ее потомство, и с тех пор этот процесс повторялся миллиардами поколений живых существ. Но несколько лет назад размеренное течение жизни на планете вдруг было поколеблено. Монополию природы на созидание жизни оспорила целая дивизия ученых, развивающих молодую науку – синтетическую биологию. Они уверяют, что научились создавать новые формы жизни в лабораториях, так что на планете скоро ожидается пополнение видов.

Отличие синтетической биологии от «классической» генной инженерии в том, что часть генов создается заново, а не просто переносится от одного организма к другому. То есть речь идет не о внесении поправок в то, что уже создано природой – когда, например, у бактерии брали ген и вставляли его в геном кукурузы или свиньи, – а о полноценном акте творения. Адепты синтетической биологии сначала синтезируют из химических препаратов ДНК, из нее – гены, из генов – геномы и в результате получают молекулярные структуры совершенно новых организмов (их называют Жизнь 2.0, по аналогии с компьютерными программами). Они не похожи ни на что, созданное природой, и никоим образом не являются генетическими потомками клетки-прародительницы. У них вообще нет предков.

Ученые говорят, что первые по-настоящему полезные для человека организмы выйдут из их лабораторий через пару-тройку лет. Одни будут работать источниками энергии, другим уготована роль материалов с удивительными свойствами, а третьи смогут лечить рак на разных стадиях.

ПЕРЕПИСАТЬ ГЕНОКОД

Круг ученых, бросивших вызов природе, широк: среди них есть и инженеры, и специалисты по компьютерным технологиям, и физики, и химики. Противников у идеи сотворения жизни в лаборатории тоже полно – от ученых-традиционалистов до священников. И те и другие относятся к жизни как к священному дару. Но исследователи, занятые в SynBio (так сокращенно называют синтетическую биологию), относятся к своей работе обезоруживающе просто – будто бы конструируют машины, а не живых существ. Это не профессиональный цинизм, а руководящий принцип синтетической биологии – представление живых клеток сложными компьютерными механизмами, способными к самовоспроизводству.

Аналогия между живой клеткой и компьютером сама по себе не нова. С тех самых пор как в 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли двойную спираль ДНК, молекулярные биологи охотно пользуются этой аналогией, представляя гены программным обеспечением, контролирующим клетку. Но специалисты SynBio поднимают эту аналогию на новый уровень: они вместо природы разрабатывают новое аппаратное и программное обеспечение, никогда прежде не существовавшее. Например, профессор ГарвардаДжордж Черч хочет «добиться в биологии того, чего компания Intel добилась в электронике», – то есть создать биологические частицы-чипы, способные образовывать организмы, которые, в свою очередь, смогут выполнять любую деятельность, какую только можно пожелать.

«Старая» жизнь для них – как древние счеты для программиста. Как выразился Том Найт, профессор лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института, в настоящее время занятый инженерией микробов, «генетическому коду уже 3,6 млрд лет. Пора его переписать».

НА ДЕНЬГИ ГЕЙТСА

До сих пор ученым удавалось конструировать отдельные биологические блоки, но создать полностью новый самовоспроизводящийся организм им еще предстоит. «Химический синтез жизни – одна из задач, всегда стоявших перед синтетической органической химией», – говорит самый известный адепт SynBio Крейг Вентер.

Но создание жизни с нуля для ученых – не самоцель. Они подходят к своей работе утилитарно. Исследователи от SynBio вполне готовы для пользы дела просто сшивать созданные в лаборатории биологические компоненты, или «биоустройства», с частями живых клеток, создавая таким образом организмы-гибриды. Это уже вполне прагматическая сфера деятельности, которая скоро принесет плоды. Джордж Черч из Гарварда считает, что результат будет получен уже через два года при условии, что на исследования будут выделять больше средств.

С июня 2004 г., когда Массачусетский технологический институт провел первую конференцию по синтетической биологии, исследователи разработали и выпустили тысячи программируемых биоустройств – деталей генетического механизма, который, если его собрать, сможет выполнять более сложные задачи.

Эти живые устройства, как предполагается, будут иметь огромные преимущества. Они смогут производить любые фармацевтические препараты, какие только можно себе представить, включая такие, которые невозможно создать с помощью традиционной химии, или слишком дорогостоящие на данный момент. Подобным же образом они могут создавать любое другое химическое вещество или полимер для производства пластмасс, натуральное дерево или шелк – и все это будет обходиться в несколько раз дешевле, чем сейчас.

На самые известные проекты в сфере SynBio уходят десятки миллионов долларов, но принести они могут на порядки больше. Один из них – проект Билла Гейтса и Джея Кислинга по созданию организма, который будет производить мощный противомалярийный препарат.

В прошлом с малярией эффективно боролись лекарства, содержащие хинин, но с тех пор по планете распространились резистентные штаммы паразита. Артемизинин - продукт на основе горькой полыни, высокоэффективен при лечении пациентов с хинино-резистентной формой малярии, но его никак не получается производить в больших количествах.

В 2004 г. Кислинг, инженер-химик из Беркли, убедил Фонд Билла и Мелинды Гейтс выделить $42 млн на его проект. Кислинг начинал с обыкновенных хлебопекарных дрожжей. Эволюция «запрограммировала» дрожжи на переработку сахара и производство различных биохимических веществ. В этот уже функционирующий организм Кислинг добавил разработанную в лаборатории генетическую программу, составленную из 12 новых генов. Она изменила метаболизм дрожжей, и те стали производить артемизинин. В апреле 2006-го Кислинг объявил, что ему остался всего один шаг до получения окончательного соединения и он планирует выйти на финишную прямую до 2009 г. Как только это будет сделано, появится новый, дешевый и эффективный источник артемизинина, которого хватит, чтобы вылечить всех больных малярией в мире. Нужна будет лишь горстка сахара и немного дрожжей в бродильном чане. «Мы строим современные химические фабрики будущего», - гордо говорит теперь Кислинг.

Медицинский аспект SynBio увлек и калифорнийских ученых Кристофера Войта и Кристину Смолке. Сейчас они находятся на ранних стадиях разработки микробов, которые, циркулируя вместе с током крови по всему организму человека, находили бы раковые опухоли. Этих микробов можно будет снарядить биоустройствами, одно из которых выявляло бы низкие уровни кислорода, характерные для опухоли, другое – проникало бы в клетки, третье вырабатывало токсин, убивающий эти клетки, а четвертое оставалось «дежурить» на случай, если рак вернется. Со временем эти клеточные «караульные» смогли бы контролировать и регулировать уровень в крови различных жизненно-важных субстанций, включая глюкозу и холестерол.

СВЕТОВОЕ ТОПЛИВО

Но самыми громкими должны стать проекты тех же Крейга Вентера и Джорджа Черча. Они замахнулись на создание самоподдерживающегося, высокоэффективного организма, который преобразует солнечный свет непосредственно в чистое биотопливо. «Наиболее устойчивый источник энергии – солнечный свет, и наиболее доступные продукты – нефтепродукты, пригодные к транспортировке трубопроводом, – говорит Черч. – Так что я буду стремиться к созданию долговечной системы предприятий, которые синтезировали бы чистые химикаты – октан, дизель и т. д. – и могли бы поставлять их прямо в трубы без дополнительного очищения».

Вентер ведет похожие исследования – создает искусственную хромосому, которая станет генетической основой для «энергомикробов». Если ему это удастся, он станет легендой. Впрочем, он и так легенда. Вентер прославился, когда ему удалось расшифровать человеческий геном – собственную ДНК, – потратив на это в 10 раз меньше денег и времени, чем требовалось согласно прогнозам. Произошло это в конце 90-х, когда он руководил компанией Celera Genomics, которая в одиночку соревновалась с глобальным международным проектом расшифровки генома. Вентер делал это не только ради науки, но и чтобы заработать – идея была в том, чтобы создать онлайновую генетическую базу с платным доступом. Коллег-генетиков эта идея возмущала, а когда оказалось, что получить прибыль невозможно, основателя Celera Genomics Вентера уволили из собственной компании. Это случилось в 2002-м, два года спустя после того, как Вентер, его конкурент Фрэнсис Коллинз из проекта «Геном человека» и президент США Билл Клинтон торжественно заявили, что геном наконец расшифрован.

Теперь он вложил десятки миллионов долларов собственных денег в SyntheticGenomics, свою новую компанию, созданную специально для разработки искусственных организмов. На сей раз он рассчитывает на огромную прибыль: его «детища» должны будут преобразовывать солнечный свет непосредственно в биотопливо с минимальным ущербом для окружающей среды и нулевым выходом парниковых газов. Эти организмы, говорит он, «заменят нефтехимическую промышленность, большую часть пищи, будут участвовать в биоочистке почвы и выработке экологически чистой энергии».

«К ЧЕРТУ ПРИРОДУ»

Самым ярым противником выбранного Вентером вольного подхода к биотехнологиям и по сей день остается Фрэнсис Коллинзиз проекта «Геном человека», которого он победил в 90-е. Коллинз просто не верит, что, начав с нуля, можно каким-то образом построить более успешную биосистему, чем это делает природа. И другим верить не велит. Леон Касс, бывший председатель Совета по биоэтике при администрации президента США, считает, что синтетическая биология потерпит крах на еще более фундаментальном уровне. Ученые, говорит он, «в принципе не способны понять, как зарождается жизнь не только у людей, но в целом у любого живого существа».

Пока «синтетические» биологи зависят от геномов существующих организмов, с помощью которых они собираются строить новые, прогресс будет в некоторой степени затруднен. ДНК – это мешанина из перекрывающих друг друга «полезных» сегментов и мусора, в предназначении которого ученые пока не разобрались, – а инструкции по эксплуатации ко всему этому нет. Когда инженеры-генетики начинают копаться в этих путаных геномах, они часто не могут четко представить себе результат работы. НоДрю Энди, биолог из Массачусетского технологического института, проблемы здесь не видит: «Да к черту [эту природу], – говорит он в интервью журналу Wired. - Давайте построим новые биосистемы, которые нам будет проще понять, так как мы сами их и создали».

Энди уже сконструировал свой первый синтетический вирус, построенный по модели хорошо изученного натурального вируса Т7. В отличие от T7 новый вирус, получивший имя T7.1, был избавлен от ненужной сложности. Несмотря на то что его код – лишь приблизительный слепок с творения природы, T7.1 тем не менее ведет себя как вирус, инфицируя бактериальные клетки и воспроизводясь внутри их.

Вирусы не способны воспроизводить себя самостоятельно: им необходимо для этого «угнать» клетку. Чем мечтают заняться синтетические биологи, так это созданием упрощенной версии целой клетки, содержащей только гены, необходимые для запуска механизмов самоподдержания и воспроизводства. Цель всех этих упрощений все та же – получить биологическую систему, более доступную для понимания и управления. Черч, основываясь на собственном подробном анализе, верит, что генома, состоящего всего из 151 гена, разложенного на 113 000 «букв» ДНК, будет достаточно, чтобы создать клетку, способную воспроизвести саму себя. Он говорит, что уже проделал 80% работы по созданию такого генома.

Чем ближе Черч и его коллеги к завершению своих проектов, тем больше критики доносится извне научного сообщества. Идея, что жизнь может создаваться только Богом, занимает, вероятно, самое важное место в иудео-христианском мировоззрении. Папа Бенедикт XVI уже выразил свое возмущение учеными, которые «изменяют саму грамматику жизни, составленную Богом». Понтифик развил эту мысль в своем обращении к пастве в 2006 г.: «Занять место Бога, не будучи Богом, – безрассудная самонадеянность, рискованное и опасное предприятие». Ему, как ни странно, вторят активисты «зеленых»: «Синтетическая биология – то же самое, что генная инженерия стероидов», – предупреждает Дорин Стабински, представитель Greenpeace. Впрочем, «синтетическим» биологам нет дела до оппонентов, они идут дальше, не боясь, что их поймут неправильно. Как говорит первооткрыватель структуры ДНК Джеймс Уотсон, «если не мы займем место Бога, то кто же?».

В подготовке материала принимал участие Степан Кравченко

Ли Сильвер, профессор молекулярной биологии Принстонского университета

Источник: «Русский Newsweek»