Неотличимо от магии. Для чего учёные синтезируют геномы новых организмов?

Прошло ровно полвека, как наука сделала то, что тогда казалось невероятным. 3 июня 1970 года было объявлено о синтезе первого искусственного гена в живой клетке. Это стало важной вехой в биологии и впоследствии привело к другим, не менее значимым открытиям.

   

   

АиФ.ru рассказывает, для чего учёные вообще этим занимаются и как синтетическая биология поможет бороться с глобальным потеплением и увеличить интеллектуальные способности детей.

Это как первый спутник Земли

Первый одиночный ген учёные смогли выделить в 1969 году, а через год впервые создали искусственный ген. Автором эпохальной работы стал американский биолог индийского происхождения Хар Гобинд Корана. В 1968 году он получил Нобелевскую премии по физиологии и медицине «за расшифровку генетического кода и его роли в синтезе белков» (в соавторстве с двумя другими американцами), а в июне 1970 года завершил работу по химическому синтезу участка молекулы ДНК пекарских дрожжей. Воссозданный им ген состоял из 77 пар нуклеотидов, последовательность которых была известна к тому моменту.

Хар Гобинд Корана показал, что искусственный ген способен функционировать в бактерии. Это стало поворотным пунктом в генетике. Учёных давно интересовала возможность генетической модификации живого организма. Исследование индийского биолога открыло эти ворота: теперь с помощью искусственных генов можно было создавать новые организмы. Правда, до этого было ещё далеко. Несмотря на то что работа Корана стала поистине революционным прорывом в науке, о широком производстве ГМО речь тогда не шла. Это можно сравнить с запуском первого искусственного спутника Земли. Его выход на орбиту и посылаемые в радиоэфир сигналы «бип-бип» не означали, что уже завтра наступит эра спутникового телевидения. Всему своё время.

Синтезированный индийцем участок ДНК пекарских дрожжей положил начало новой эре в генетике. Его работа легла в основу технологии сборки целых геномов, которую можно производить хоть по заказу. Правда, со временем оказалось, что проще модифицировать ген, а не создавать его заново.

Полетим на Марс? Каких научных достижений стоит ждать в 2020 году Подробнее

Бактерия, которой нет в природе

Как гласит третий закон Артура Кларка, любая достаточно развитая технология неотличима от магии. Глядя на достижения синтетической биологии, а особенно её передового направления — генной инженерии, понимаешь, насколько прав был классик научной фантастики. То, что делают современные учёные, и впрямь похоже на магию, волшебство.  

   

   

Методики, позволяющие строить цепочку с заданной последовательностью нуклеотидов, были разработаны ещё в 1980-е, и синтез ДНК сам по себе перестал быть сложной процедурой. Сначала биологи занимались перемещением генов между организмами, потом перешли к более интересным задачам. В первые годы ХХI века резко выросло число научных публикаций по генной инженерии: исследователи приступили к созданию искусственных геномов — организмов с заданными свойствами.

Один из творцов современной генетической магии — американец Крейг Вентер, когда-то работавший над коммерческой версией проекта «Геном человека». В 2009 году группа исследователей под его руководством впервые синтезировала искусственную бактерию, способную к размножению. На это ушло 10 лет. Из бактерии Mycoplasma mycoides (её геном — один из самых простых) был выделен минимальный набор генов, необходимый ей для жизнедеятельности и размножения. Из 901 гена осталось лишь 437, но этого было достаточно — в распоряжении учёных оказался новый микроорганизм, до этого в природе не существовавший.

Идея создания искусственной бактерии с минимальным набором генов (за счёт удаления «генетического мусора», которого хватает в ДНК) была не нова. Но то была теория — Крейг Вентер показал, что это возможно практически. Как он сам тогда говорил, в будущем технология позволит синтезировать бактерии, которые производят водород и биотопливо или, к примеру, способны поглощать парниковые газы из атмосферы. Таким образом, с помощью генной инженерии можно решить актуальные мировые проблемы: на что заменить ископаемые виды топлива и как остановить глобальное потепление.

За генетическое равенство. В России будут создавать детей с изменённой ДНК? Подробнее

Как сделать ребёнка умнее?

В прошлом году идею американских коллег развили учёные из Швейцарии. Только им синтезировать искусственную ДНК помог компьютерный алгоритм.

Исследователи взяли оригинальный геном бактерии Caulobacter crescentus, обитающей в озёрах и ручьях, и загрузили его в программу — она нашла «мусорные» участки и удалила их. Оказалось, что микроорганизму были жизненно необходимы 680 генов из более чем 4 тысяч. Затем швейцарцы синтезировали полученный геном, создав новую молекулу ДНК. По сути, это был живой организм, полностью сгенерированный компьютером.

«Для чего всё это нужно? — рассуждал ведущий автор исследования Бит Кристен. — В будущем станет возможным появление полностью искусственных живых организмов, спроектированных для конкретных прикладных задач. Например, для создания новых витаминов и лекарств. Кроме того, бактерии широко используются в разных направлениях промышленности, а также в экологии».

Синтетическая биология позволяет не только разрабатывать новые виды биотоплива, о чём уже было сказано, но и получать электричество из бактерий, находить новые лекарственные препараты, в том числе вакцины для борьбы с инфекциями. Существует даже такое интересное направление, как создание искусственных бактерий для микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Согласно последним научным данным, обитающие в кишечнике человека микробы влияют на его познавательные, коммуникативные и даже интеллектуальные способности. Заселяя синтезированные бактерии в организм младенца, можно добиться того, что он будет легче и быстрее обучаться, приобретая необходимые навыки.

Ну разве не магия?