Учёным из мерилендского Института Крейга Вентера удалось создать полностью искусственную ДНК. Собрав сотню генетических «кассет», основание за основанием, генетики объединили их в четыре длинных куска ДНК протяжённостью около 150 тысяч нуклеотидов каждый. Дальше пивные дрожжи помогли соединить четыре фрагмента в замкнутое кольцо, содержащее полную программу генетических инструкций для бактерии Mycoplasma genitalium. Статья об открытии появилась в разделе срочных публикаций американского журнала Science.
американский генетик, биолог и бизнесмен, глава и основатель Института геномных исследований, который почти официально носит его имя. Институт смог привлечь к работе многих известных учёных.
Джон Крейг Вентер родился 14 октября 1946 года в самом сердце мормонизма – столице штата Юта Солт-Лейк-Сити. Известно, что во время войны во Вьетнаме он попытался покончить жизнь самоубийством. Бывший сёрфер решил утопиться, однако отплыв на 2 км в море, вернулся на берег.
После войны он начала научную карьеру, работая по проблемам генетики и молекулярной биологии. Вентер заработал большой авторитет, как учёный и организатор науки, но умудрился рассориться с большинством специалистов в своей области, включая одного из пионеров генетики человека Френсиса Коллинза и первооткрывателя структуры ДНК Джеймса Уотсона.
Скандальная известность пришла к Вентеру в самом конце XX века. В качестве главы компании Celera Genomics он попытался сделать платным доступ к базе данных о человеческом геноме, расшифрованной благодаря использованию его патентованного метода «случайной стрельбы». Коллеги Вентера обвинили его в «приватизации» геномики и удвоили усилия в рамках проекта Human Genome Project. Его результаты публично доступны, поэтому заработать на своём геноме (а Вентер – один из нескольких человек, геном которых был расшифрован Celer'ой) не удалось. Акционеры компании уволили Вентера.
В августе 2007 года Вентеру и его коллегам удалось пересадить бактерии Mycoplasma genitalium ДНК родственного ей вида, и создать таким образом первый искусственный организм. В январе 2008 года они объявили о синтезе первой полностью искусственной ДНК той же бактерии.
Создание искусственной жизни учёные начали с бактерии, вызывающей одну из форм уретрита — венерического заболевания, проявляющегося в воспалении мочеполовой системы. Его ДНК, состоящую из 582 970 пар азотистых оснований и кодирующую всего 485 белков, удалось полностью расшифровать ещё в прошлом веке. Считается, что эта бактерия — простейший с генетической точки зрения организм, способный жить самостоятельно. ДНК вирусов ещё короче, однако их белки синтезируются внутри клеток других организмов, а существование так называемых нанобактерий и наноархей по-прежнему остаётся под сомнением.
воспаление слизистой оболочки мочеиспускательного канала (уретры). Встречается чаще у мужчин и почти всегда вызывается заражением при половом сношении. Острый или хронический уретрит может быть гонорейным, трихомонадным, неспецифическим. Mycoplasma genitalium вызывает неспецифический уретрит.
Острый уретрит начинается через несколько суток после заражения: появляются выделения из уретры (обильные сливкообразные - при гонорее, скудные - при трихомонадном и неспецифическом) и режущие боли при мочеиспускании.
Хронический уретрит - следствие недостаточного лечения острого уретрита. Его признаки - скудные выделения из уретры (могут отсутствовать), умеренные боли или зуд в уретре. Заболевание может давать осложнения (простатит, эпидидимит, стриктура уретры).
Бактерии понадобились и для объединения кассет в четыре длинных фрагмента ДНК. Полученные от коллег генетические кассеты учёные вводили внутрь бактерий Escherichia coli. В этих примитивных клетках содержатся ферменты, облегчающие объединение фрагментов ДНК с комплементарной структурой. Специально для этого заказанные у биотехнологов кассеты намеренно синтезировались с небольшим перекрытием участков.
Синтезированный геном отличается также несколькими намеренными видоизменениями в тех его участках, которые, по-видимому, не связаны с синтезом белков. Это позволяет с уверенностью утверждать, что полная ДНК, сшитая учёными, действительно является искусственной.
Кроме того, учёные намеренно выключили производство белка, позволяющего M. genitalium прикрепляться к стенкам мочеполовых путей млекопитающих.
Это исключает возможность заболевания людей искусственным уретритом в том гипотетическом случае, если следующий шаг — создание искусственного организма — увенчается успехом, но бактерия по каким-то причинам сможет покинуть лабораторные стены.
Учёные рассчитывали, что синтез искусственной ДНК можно будет полностью провести внутри бактерий в пять этапов. Поначалу им это удавалось — в 25 групп по четыре кассеты в каждой были сшиты в «сборки» длиной примерно по 24 тысячи пар нуклеотидов. Дальше они объединялись в группы по три, а полученные тройки — в пары. Получались как раз четыре четверти полной ДНК. На каждом из этапов полученные фрагменты ДНК клонировались бактериями.
Однако дальше произошёл сбой. Делать «полу-ДНК» E. coli отказалась — куски ДНК длиной от 200 тысяч пар оснований и выше отказывались соединяться, разламываясь на меньшие фрагменты. Сотрудникам исследовательской группы пришлось поиграть с другими организмами в надежде найти подходящий.
Подошли пивные дрожжи. Они завершили синтез ДНК Mycoplasma genitalium, замкнув её кольцо — первый созданный человечеством искусственный нуклеоид (бактериальный аналог хромосом эукариотов).
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 3,
"pic_fsize": "48920",
"picsrc": "Так выглядит первая искусственная \"хромосома\" под микроскопом // science.org",
"repl": "<3>:{{incut3()}}",
"uid": "_uid_2597574_i_3"
}
Следующий шаг — пересадка этого колечка внутрь живой бактерии, из которой будет предварительно извлечён её «генетический программатор». Если в полученном бактериальном гомункулусе пойдут биохимические реакции, начнётся синтез белков и произойдёт деление, можно будет говорить, что искусственная жизнь создана — пусть и по образу и подобию жизни натуральной. Учёные рассчитывают добиться этого успеха до конца текущего года.
Однако не все учёные уверены в таких перспективах. По словам Дорин Фарнэм, представительницы одной из биотехнологических компаний, производивших для Гамильтона кассеты, внедрение синтезированной ДНК внутрь бактерии может привести к её распаду. «Существует немало других факторов, определяющих выживание этих синтетических генов в клетке», — сказала она журналу Nature.
Глава института Крейг Вентер, являющийся одним из соавторов работы, обещает революцию в жизни человечества. Он уверен, что искусственные — или, как предпочитают говорить в его институте, «синтетические» — организмы можно будет запрограммировать на производство нужных человеку лекарств или новых видов экологически чистого топлива и даже заставить поглощать углекислый газ и разного рода загрязняющие вещества из атмосферы.
Непонятно, правда, при чем здесь искусственный организм. Лекарства уже давно производят подобным образом, внедряя необходимые генетические «кассеты» в ДНК реально существующих бактерий. Впрочем, даже если никакой практической пользы от синтетической жизни не будет, её общечеловеческое значение трудно переоценить.
В любом случае, до создания полноценного гомункулуса ещё далеко: в 46 хромосомах каждого из нас примерно 3 миллиарда пар нуклеотидов — в пять тысяч раз больше, чем у M. genitalium, и кодируют эти хромосомы 30 тысяч, а не 485 белков. Тем не менее, ранее японским учёным уже удавалось соединять воедино фрагменты ДНК общей длиной до 12 миллионов пар азотистых оснований. Правда, эти фрагменты были получены из живых клеток, а не синтезированы искусственно. Такие «искусственные хромосомы» подойдут уже для создания не только бактерий, но и животных.
Картина, которую рисует Вентер и его последователи, настолько поразительна, что многие учёные и околонаучные мыслители всерьёз встревожены возможностью повернуть эти открытия против людей.
«С одной стороны, мы имеем дело с удивительным научным вопросом, — говорит в интервью BBC представитель центра биоэтики британского Университета Ньюкасла Саймон Вудз. — Однако это и очередной пример того, как наука начинает копаться в вопросах, решение которых потенциально опасно». По его словам, нельзя быть уверенным, что такие открытия останутся исключительно в руках добропорядочных учёных.
«Газета.Ru» будет следить за дальнейшими успехами учёных.
