Антон Первушин - Кто угрожает России? Вызовы будущего
Чёрч с товарищами применили оригинальную технологию MAGE (Multiplex-automated genomic engineering – Умноженно-автоматизированная генная инженерия). В ее основе устройство, которое уже назвали «Машиной эволюции». Оно позволяет проводить одновременно до 50 искусственных генетических изменений.
Работает это так. Сначала ученые готовят пятьдесят коротких цепочек ДНК, представляющих собой один и тот же участок генома бактерии, но с пятьюдесятью разными вариациями, способными повлиять на синтез определенного фермента или белка. Эти пятьдесят цепочек помещают вместе с бактериями в специальную машину, в которой смесь подвергается определенным температурным воздействиям и в которой запускается цепочка реакций, приводящих к встраиванию привнесенного участка кода в геном бактерий. С каждым поколением микробов в них насчитывается всё больше и больше экземпляров с измененным геномом – через несколько поколений все бактерии в машине «впитывают» необходимые генетические изменения.
Первые же опыты ошеломляют. Так, всего за три дня был синтезирован штамм бактерий, которые производили антиоксидант впятеро интенсивнее собратьев. В новичках, как выяснилось, «заработали» 24 генетических изменения, на поиск сочетания которых традиционным способом исследователи потратили бы год.
Теперь силы брошены на поиск идеальных «топливных» микроорганизмов. Руководство корпорации «LS9» уверено, что массовое «бактериальное» топливо будет вчетверо дешевле классической солярки.
На следующем этапе предполагается создать модифицированные микроорганизмы, которые смогут вырабатывать питательные вещества и лекарства прямо из мусора.
* * *«Машина эволюции» пока еще не способна создать принципиально новую жизнь – она только ускоряет ход мутаций, добиваясь от микроорганизмом нужных свойств, которые предопределяются изменениями в существующих генетических цепочках. Совсем другое дело – попытаться на основе общетеоретических соображений сконструировать организм, который вообще не имел бы ничего общего с земной эволюцией и биологией. Это был бы настоящий Акт Творения.
В 2002 году ведущие американские специалисты в области генетики Крейг Вентер и Хамильтон Смит объявили о планах по созданию новой формы жизни в лабораторных условиях. Вопреки существующим научным традициям, они посчитали нужным предупредить администрацию США о своем проекте до его начала, поскольку результат эксперимента может быть использован вражескими государствами или террористами для разработки биологического оружия.
Пока политики обдумывали, как избежать угрозы для национальной безопасности, Вентер и Смит приступили к экспериментам, на осуществление которого Департамент энергетики выделил три миллиона долларов.
Тут стоит отметить, что в 1978 году Смит получил Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. А к Вентеру слава пришла после того, как он развил новый метод исследования цепочки геномов, который значительно ускорил процесс выявления ряда ДНК. Теперь же ученые вознамерились создать одноклеточный организм с минимальным количеством генов, необходимых для жизни, и способный в дальнейшем питаться и делиться.
В качестве материала для работы они выбрали микроорганизм Mycoplasma genitalium, который вызывает инфекцию половых органов и, в частности, воспаление уретры. Он способен к самовоспроизводству и имеет наименьшее число генов из всех известных нам живых существ. При проведении опытов выяснилось, что для выживания ему хватает около 300 генов из его 517 (для сравнения: у человека насчитывается около 20 тысяч генов).
Вентер и Смит планировали полностью извлечь из микроорганизма его генетический материал, затем синтезировать искусственную цепочку генов, напоминающую природную хромосому. Она будет содержать минимальное количество генов Mycoplasma genitalium, необходимое для поддержания жизни. Эту хромосому поместят в лишенную собственной ДНК клетку, чьи способности в плане выживания и воспроизводства затем и намерены изучать.
Год назад общественности было доложено о промежуточных результатах. Институт Крейга Вентера объявил о синтезе самой длинной в мире рукотворной ДНК, содержащей 582970 пар оснований, которые полностью соответствуют геному бактерии Mycoplasma genitalium (для сравнения: ДНК человека состоит из трех миллиардов пар). Причем ученые не размножили или скопировали готовый «код», а выстроили весь набор с нуля – из простых химикалий, от неживой материи к живой. Таким образом, первый серьезный шаг на пути к полностью искусственному организму сделан.
Совсем уж необычным путем пошел Стивен Беннер из американского Фонда прикладной молекулярной эволюции. Известно, что основой всего живого на Земле являются четыре азотистые основания молекулы ДНК: аденина (А), гуанина (G), цитозина (С) и тимина (Т). Двадцать лет Беннер занимался поиском иных «кирпичиков» жизни, и вот теперь подвел итог исканий: ему удалось синтезировать еще восемь совершенно иных оснований, названных Z, P, V, J, Iso-C, Iso-G, X и K. Вместе с четырьмя традиционными они составили 12-буквенный «алфавит», способный записывать генетическую информацию усложненного вида.
Следующим шагом стало доказательство способности чуждых ДНК к воспроизводству. Увы, пока оно не идет полностью самостоятельно – ученому приходится стимулировать и подправлять процесс. Однако уже можно увидеть чужую эволюцию в действии – при копировании исходного генетического кода время от времени в новом ДНК получались ошибки, иногда эти ошибки приводили к появлению ДНК, которые собирались быстрее и легче, чем первоначальные, через некоторое время в растворе количество этих новых кодов росло, они начинали захватывать больше исходных соединений для своего воспроизводства, «включился» естественный отбор. Получается, что в пробирке Стивена Беннера появилось нечто, предшествующее жизни, да еще и совершенно чуждой всему, что нас окружает.
Сам Беннер считает, что еще пара лет, и его команде удастся добиться самовоспроизведения синтетических ДНК.
«Это и будет искусственная жизнь», – резюмирует ученый, претендующий на роль нового Творца.
* * *Успехи генной инженерии и появление всё более простых и дешевых технологий по работе с микроорганизмами заставили встревожиться тех ученых, которые помнят, что наука зачастую приносит не только блага, но и бедствия.
Простейшее исследование показало, что один толковый лаборант с небольшим набором правильно подобранных ресурсов может изготовить биологическое оружие со смертоносной мощью, не уступающей атомной бомбе. Эра генетических чудес может обернуться эрой генетического терроризма.
Это исследование провели два молодых специалиста: инженер-сетевик Пол Боутин и генетика Роджер Брент из Калифорнийского института молекулярных наук.
Для начала эти двое вошли в Интернет и поинтересовались стоимостью ДНК-синтезаторов. Оказалось, что это редкое оборудование вполне доступно: на одном сетевом аукционе ДНК-синтезатор «ABI 394s» продается за пять тысяч долларов, в другом месте модель «ABI 3900» стоит 43 тысячи долларов.
Однако аппаратура – это не самая большая статья расхода генетических террористов. ДНК-синтезаторы сходны со струйными принтерами – они собирают генетическую последовательность из реактивов, содержащих основания ДНК. Таким образом, четыре вида нуклеотидов для такой машинки – это вроде четырех красок в картриджах. Сами «краски», то бишь основания ДНК, стоят намного дороже. Пол Боутин пишет в отчете, что единственная пара оснований стоит примерно один доллар, а чтобы собрать, например, геном оспы, нужно закупить сырья на 200 тысяч долларов. Далее следует добавить расходы на штат, помещение и мелкий инструментарий.
Роджер Брент оценивает общие затраты в пару миллионов долларов, что вполне по силам террористической группе средней руки, однако при этом добавляет, что буквально на пустом месте вирус оспы смог бы искусственно воссоздать сообразительный и грамотный биолог-аспирант с несколькими подручными.
Злоумышленнику остается найти нужную ему генетическую последовательность. Как это сделать? Опять же через Интернет – только нужно знать, где конкретно искать.
Примечательно, что уже сейчас существует немало мелких биотехнологических фирм, которые синтезируют генетические последовательности по заказу и высылают их клиенту почтой. Таким образом, можно еще упростить работу, заказав некоторые компоненты нужного кода у добропорядочного и ничего не подозревающего «субподрядчика».
В показательном опыте Боутин под руководством сотрудников Брента собственными руками заставил флуоресцировать обычные пивные дрожжи, «привив» им фрагмент кода медузы.
Изготовление вируса оспы, говорит биолог, конечно, было бы куда более сложным и долгим делом. Но и прогресс в генной инженерии не стоит на месте.
Другой американский ученый Роб Карлсон прогнозирует, что примерно в течение десятилетия производство биологического оружия с нуля станет столь же простым и дешевым делом, как создание Интернет-сайта. Что дальше?..
