Синтетическая биология: жизнь 2.0 уже проходит бета-тестирование
Миллиарды лет эволюции породили великое разнообразие организмов. Но ещё имеется масса направлений для развития. А ожидать ещё миллиард лет до появления чего-то нужного — учёные не желают.
Новое направление генной инженерии ставит перед собой грандиозную цель: создание принципиально другой жизни.
«Сообщите, что я обязан поменять растение так, дабы оно поменяло цвет в присутствии тротила, — говорит биолог Дрю Энди (Drew Endy) из Массачусетского технологического университета (MIT).
— Я могу начать изменять генетическую последовательность, дабы сделать это и, в случае если повезёт, по окончании года либо двух лет работы я смогу взять заказанное „живое устройство“ для обнаружения мин. Но это не окажет помощь мне позднее выстроить, например, клетку, которая плавает и ест отложения на стенках артерий. И это не окажет помощь мне вырастить маленькую микролинзу.
По большей части текущая практика биоинженерии — это мастерство».
Именно это положение дел стремиться исправить юная наука — синтетическая биология (Synthetic Biology), которую на данный момент развивает маленькая плеяда учёных. Господин Энди — в их числе.
Основных целей три:
- Определить о жизни больше, строя её из молекул и атомов, а не разбирая на части, как это делали раньше.
- Сделать генную инженерию хорошей её заглавия — перевоплотить её из мастерства в строгую дисциплину, которая непрерывно начинается, стандартизируя прошлые неестественные создания и повторно комбинируя их, дабы делать новые, более сложные живые совокупности, которых раньше не существовало в природе.
- Стереть границу между живым и автомобилями, дабы прийти к вправду программируемым организмам.
Создание биодетектора скрытых мин. Необходимые генетические «фразы» из пробирок встраиваются в геном бактерии. Бактерии распыляют на местности. В том месте, где имеется тротил в земле (а он неизбежно просачивается из мины наружу) — бактерии синтезируют флуоресцентный белок.
Приходим ночью и обезвреживаем мины (иллюстрация с сайта sciam.com).
Практических приложений новой науки видится масса. К примеру, создание генинженерных микробов, каковые сидели бы в чанах и создавали бы сложнейшие и дефицитные лекарства — дёшево и в промышленных количествах.
Наряду с этим, что принципиально важно, адепты синтетической биологии собираются прийти к такому положению дел, в то время, когда любой необходимый организм биотехнологии создавали бы, пользуясь комплектом генетических последовательностей из широкого банка.
Это должно напоминать создание электронной схемы из диодов и промышленных транзисторов. Человек, собирающий новую схему, кроме того не обязан знать, что у этих подробностей в и принцип, по которому они действуют. Ему принципиально важно лишь знать характеристики применяемой подробности — что имеем на входе, и что — на выходе.
Несколько учёных MIT разложила на составляющие вирус Т7, как будто бы машину (иллюстрация с сайта sciam.com).
Корни синтетической биологии уходят в 1989 год, в то время, когда команда биологов из Цюриха под управлением Стивена Беннера (Steven Benner) синтезировала ДНК, содержащую два неестественных генетических слова (либо букв, в общем — нуклеотидных пар), кроме четырёх известных, применяемых всеми живыми организмами Почвы.
Представьте, что всё разнообразие судьбы кодируется долгими цепочками чередующихся четырёх нуклеотидных «букв». Упрощённо представим такую запись как ВААГБАВАГБББААГВ и без того потом, и тому подобное.
В действительности — это вещества — аденин, цитозин, тимин и гуанин, но для простоты обозначим их как раз первыми буквами алфавита.
В этот самый момент внезапно учёные додают в данный язык ни при каких обстоятельствах не использовавшиеся в природе Д и Е — другие вещества, вплетающиеся в код судьбы. Имеется от чего взяться за голову.
Само собой разумеется, от шестибуквенной генетической последовательности до целых «шестибуквенных» организмов — громадная расстояние, но в самый раз сказать о зарождении Судьбы 2.0.
А ведь и без этих необыкновенных опытов биоинженеры были способны на чудеса.
Так несколько учёных из университета Принстона (Princeton University) создала бактерии кишечной палочки, сверкающие, как новогодняя ёлка. А биологи из университета Бостона (Boston University) и вовсе наделили эту бактерию элементарной цифровой двоичной памятью.
Они соединили в бактерии два новых гена, активирующихся в противофазе — в зависимости от химических компонентов на входе эти бактерии «переключались» между двумя устойчивыми состояниями, как будто бы триггер на транзисторах.
Но вот что весьма интересно — ни та, ни вторая работа, как ни необычно, ни на ход не приблизила учёных к созданию, допустим, светящейся бактерии кишечной палочки, которую возможно было бы по желанию включать и выключать, как лампочку. Не смотря на то, что, думается, оба компонента, лишь в различных организмах, уже были созданы.
Потому-то Энди на данный момент деятельно трудится над созданием механизма, инфраструктуры либо, в случае если угодно, науки, которая разрешила бы систематизировать такие работы, свести их в совокупность.
Тогда возможно будет проектировать живые совокупности, каковые ведут себя предсказуемым (и заказанным по желанию) образом и применяют взаимозаменяемые подробности из стандартного комплекта кирпичиков судьбы.
Необходимо заявить, что очень многое в этом направлении уже сделано. К примеру, Энди с радостью показывает визитёрам собственной лаборатории ящичек с 50 колбами, заполненными густыми жидкостями.
В каждой колбе — строго определённый фрагмент ДНК (в МIТ их именуют биокирпичами — BioBrick), функция которого выяснена. Его возможно внедрить в геном клетки, и та начнёт синтезировать заблаговременно узнаваемый белок.
Все отобранные биокирпичи спроектированы так, дабы прекрасно взаимодействовать со всеми вторыми на двух уровнях. Чисто механически — дабы его легко было изготовить, хранить и, наконец — включать в генетическую цепочку.
И, так сообщить, программно — дабы любой кирпич отправлял определённые химические сигналы и взаимодействовать с другими фрагментами кода.
Из ДНК возможно составлять логические схемы (иллюстрация с сайта sciam.com).
на данный момент в MIT создали и систематизировали уже более 140 таких элементарных кирпичиков — фрагментов ДНК.
Зная заблаговременно характеристики этих кирпичиков, учёный может произвольно соединять их, программируя отклик живого на те ли иные химические сигналы.
Любопытно, что один из созданных Энди кирпичиков — это генетический аналог компьютерного оператора НЕ. В то время, когда на его входе большой сигнал (определённые молекулы), то на выходе — низкий уровень синтеза определённого белка. И напротив: химический сигнал на входе низкий — большой сигнал (другими словами синтез белка) — на выходе.
Второй биокирпичик спроектирован так, что есть химическим оператором И. Другими словами он имеет два химических входа и синтезирует белок, лишь в то время, когда сигнал имеется на каждом из них в один момент.
Комбинируя эти фрагменты ДНК, возможно сделать живой оператор НЕ-И, а из Булевой алгебры как мы знаем, что из должного числа таких операторов возможно организовать любую логическую схему, реализующую каждые бинарные вычисления.
О бинарной памяти из отдельных бактерий мы уже сообщили — вот вам и скрещивание живого и машинного.
Предстоящее продвижение идеи тормозится одной сложностью — поместив сконструированную ДНК в некую клетку, мы, нечайно, заставляем взаимодействовать новые последовательности с теми, что имеются у исходной клетки.
Правильнее — со всех биохимией, которая крутится в том месте, в соответствии с закодированной в исходном геноме информацией.
Весьма многие из кирпичиков, каковые пробовали внедрять в генетический код клетки реципиента — её. А ведь как раз клетка обязана снабжать жизнь отечественной неестественной ДНК, её распространение и копирование.
Так как мы же желаем создавать неестественные организмы.
Да и неясно до тех пор пока, как вынудить реагировать на химические сигналы лишь отдельный, допустим, ДНК-транзистор, поскольку рядом с ним в одном котле клетки будут «вариться» ещё пара таких же элементов. Тут пора думать о создании неестественного химического провода.
Но, так или иначе, работа движется вперёд. Вот, прошедшей в осеннюю пору несколько учёных из американского университета биологических энергетических альтернатив (Institute for Biological Energy Alternatives) всего за 14 дней собрала на безлюдном месте живой вирус-бактериофаг phiX174, синтезировав ход за шагом его ДНК — а это 5 тысяч 386 нуклеотидных пар.
Биолог Дрю Энди выбирает пробирки с кирпичиками судьбы — синтезированными генетическими кодами (фото с сайта sciam.com).
Синтезированный вирус вёл себя совершенно верно равно как и его природные собратья.
Само собой разумеется, вирус — весьма мелкий объект. Но всё равняется достижение впечатляет — представьте по аналогии, что учёные забрали воду, железо, натрий, калий, серу, цинк, марганец, фосфор и без того потом, и тому подобное, и синтезировали из этого всего живого кота. Либо человека.
Создание бактерий, талантливых переваривать химическое оружие либо очищать воду от ядовитых тяжёлых металлов — уже на подходе. А дальше?
Скептики говорят, что благодаря таким вещам, как Интернет, и тому факту, что никакие плодотворные изучения неосуществимы в изоляции учёных от своих сотрудников — дело кончится тем, что какая-нибудь радикальная группировка соберёт из кирпичиков судьбы ужасное биологическое оружие и поставит под угрозу саму жизнь на планете.
Энди говорит, что это — неизбежный риск, как в любой области прогресса. Об этом необходимо сказать и думать. Но разве мы не желаем выстроить более успешное общество, где тысячи людей будут спасены от заболеваний либо ветхих мин, благодаря синтетической биологии?
Что предпочесть — риск терроризма (любое ответственное открытие возможно перевоплотить в оружие) и благо для нуждающихся, либо — отсутствие риска плюс смерть многих людей от заболеваний?
Энди верит, что хороших людей больше, чем нехороших.
