Искусственная жизнь

О результатах работы группы учёных под руководством Джона Крейга Вентера, о первых шагах по созданию искусственной жизни, о геномике, о синтетической бактерии, о молекулярной генетике.

Крейг Вентер прославился своими успехами в расшифровке генома человека и предложением этой услуги всем желающим за деньги. В научном мире слывёт авантюристом, тем не менее, этот его прорыв вызвал благосклонные и даже восторженные отзывы от генетиков всего мира. Сейчас он признанный лидер самых радикальных и перспективных направлений современной генетики и первопроходец в области синтеза искусственной жизни.

21 мая 2010 года Вентер заявил о создании им искусственной клетки. 

Ученым впервые удалось создать искусственный геном и заставить живую клетку жить с этим генетическим кодом. Команда исследователей под руководством Крейга Вентера химическим путем синтезировала геном бактерии Mycoplasma mycoides и вставила его в клетку другого микроорганизма — Mycoplasma capricolum, из которой перед этим были удалены все гены. Полученный «франкенштейн» ожил, стал размножаться и вообще повел себя как обычная бактерия Mycoplasma mycoides. Описание этой замечательной работы опубликовано в четверг в журнале Science.

До сих пор ученые умели только «читать» ДНК живых существ, а вот создать геном de novo (заново) еще никому не удавалось. Получение искусственного организма имеет не только научный интерес, но даже философский: создав жизнеспособное существо с использованием искусственной ДНК, ученые наглядно доказали, что жизнь можно получить из десятка баночек с реактивами. Теоретически этот тезис всем очевиден, но на практике никто никогда его напрямую не подтверждал.

Прежде чем рассказать о деталях незаурядного эксперимента Вентера и коллег, стоит напомнить, кто такой Крейг Вентер. Это своего рода медийная звезда, исследователь, известный не только в биологических кругах, но и широкой публике: впервые его имя зазвучало на рубеже нового тысячелетия, когда вовсю осуществлялся проект «Геном человека» — ученые всего мира коллективными усилиями пытались определить последовательность ДНК Homo sapiens. Несмотря на все старания, работа продвигалась медленно — проект стартовал в 1990 году, и за девять лет была целиком расшифрована всего одна маленькая хромосома. Вентер и специалисты созданной им компании Celera Genomics усовершенствовали технологии работы с ДНК и подключились к «Геному человека». В 2001 году черновая расшифровка генома была наконец завершена.

На расшифровке генома человека основатель Celera Genomics не остановился — его следующим амбициозным проектом (а Вентера интересуют только амбициозные проекты) стало создание организма с синтетическим геномом.

Казалось бы, ничего сложного здесь нет: надо лишь воссоздать уже известную нам последовательность букв генетического кода и вставить ее в подходящую клетку. Но на самом деле на этом пути исследователи сталкиваются со множеством трудностей — не в последнюю очередь потому, что пока ученые доподлинно не знают всех особенностей работы генома как комплексной системы. Это не просто цепочка букв. Нить ДНК каждого организма снабжена навешанными на нее молекулами-«маячками», так называемыми эпигенетическими маркерами, без которых считывание генома будет проходить некорректно. На то, чтобы научиться вносить в искусственный геном Mycoplasma mycoides необходимые маркеры, у исследователей ушел не один год.

Эксперимент по созданию жизни был спланирован так: ученые синтезируют геном какой-нибудь бактерии (назовем ее бактерией-донором, так как она дает исследователям последовательность своей ДНК) и вставляют его в клетку бактерии другого вида, из которой предварительно удаляют собственный геном (это будет бактерия-реципиент). Если получившийся организм живет, питается и размножается, а также в точности напоминает донорные бактерии, а не бактерии-реципиенты или что-то промежуточное, то эксперимент удался.

Фото первых в мире бактериий с синтетическим геномом

В качестве донора ученые выбрали бактерию-паразита Mycoplasma mycoides, отчасти из-за того, что у нее очень маленький геном — всего около миллиона «букв» (для сравнения: в геноме человека их 3 миллиарда). Реципиентом выступала родственная бактерия Mycoplasma capricolum. Самой сложной частью эксперимента был синтез целого бактериального генома: современные технологии не позволяют за раз получать такие длинные цепи. Чтобы преодолеть эту трудность, ученые синтезировали небольшие «кассеты» из ДНК, содержащие только часть генома Mycoplasma mycoides, а затем соединяли их вместе. Пока самым эффективным инструментом для объединения «кассет» являются живые организмы — никакие химические ухищрения не позволяют делать это столь же точно. Исследователи как мозаику складывали геном Mycoplasma mycoides сначала в клетках кишечной палочки, а потом, когда им удалось получить достаточно крупные куски ДНК, в клетках дрожжей.

В итоге им удалось по кусочкам собрать весь геном. «Запихнуть» его в очищенную от ДНК клетку бактерии-реципиента также было нетривиальной задачей.

Полученные бактерии-гибриды выглядели так же, как Mycoplasma mycoides, росли так же, как Mycoplasma mycoides, поглощали питательные вещества так же, как Mycoplasma mycoides, и размножались так же. Чтобы дополнительно убедиться в успехе эксперимента, ученые выделили из гибридных клеток белки, разделили их на фракции и сравнили полученную картину с тем, что получается при выделении белков из обычной Mycoplasma mycoides. Получилось то же самое. Сейчас созданные исследователями бактерии растут в лаборатории и ничем не отличаются от своих соседей из чашки Петри.

Крейг с юных лет отличался темпераментным индивидуализмом, увлекался морскими видами спорта, ветеран войны во Вьетнаме. Получил степень бакалавра по биохимии в 1972 году, степень доктора в 1975 году в Университете Калифорнии в Сан-Диего. С 1984 года работает в Национальном институте здравоохранения США (NIH). Работая в NIH, Крейг освоил методы идентификации всех мРНК, имеющихся в клетке, и начал использовать этот метод для идентификации генов человеческого мозга. Короткие фрагменты кДНК, открытые с помощью этого метода, стали называться «выявленными метками последовательностей» (англ. expressed sequence tags, EST).

Крейг был президентом компании Celera Genomics, занимавшейся параллельной коммерческой версией проекта «Геном человека». В этой компании в 1999 году использовался метод дробовика (англ. shotgun sequencing technology). Целью проекта было создание генетических баз данных и их коммерческое использование. Но под давлением Крейг Вентер был вынужден раскрыть генетические данные и включить их в проект Геном Человека. В конце концов, Вентеру пришлось уйти из Celera в начале 2002 года. 

Несмотря на различие мотиваций и конкуренцию, Вентер и его единомышленник Френсис Коллинз из NIH вместе объявили о составлении карты генома человека в 2000 году в присутствии Президента США Билла Клинтона.

В 1992 году Вентер основал Институт геномных исследований (англ. The Institute for Genomic Research (TIGR)). В настоящее время Крейг - президент Института Крейга Вентера (англ. J. Craig Venter Institute), аффилированного с Институтом геномных исследований.

С исторической точки зрения Крейг — последователь синтетической биологии, начало которой представляют собой работы над созданием гомункулуса, затем синтез квазиклеточных мезоструктур с середины XIX века до 1930-х годов. Таким образом, ряд имен Э. Геккеля, М. Траубе, Г. Г. Квинке, П. Гартинга, А. Эррера сегодня дополняет имя Крейга Вентера.

Похожие публикации