Как создать искусственную форму жизни?

Ученые впервые создали геном совершенно нового синтетического вида бактерий, спроектированной на компьютере формы жизни. Взяв за основу природный образец, ученые сократили и изменили примерно 800 000 оснований ДНК до 130 000 и сконструировали синтетический геном бактерии. Еще нет живой клетки этой вновь созданной формы жизни, однако первые тесты с кусками ДНК уже оказались успешными.

Создание идеальных искусственных форм жизни – мечта многих генных инженеров, но все еще спорная тема. Благодаря прогрессу в синтетической биологии, ученые все ближе приближаются к осуществлению этой мечты.

Еще в 2010 году, Крейгу Вентеру (Craig Venter) с командой удалось воссоздать геном бактерии с точностью друг к другу, его затем вживили живым микробам. Чуть позже ученые сконструировали первую синтетическую хромосому клетки эвкариота-дрожжей.

Во всех этих случаях применяли синтетически созданную последовательность ДНК, которая была в основном неизменной, лишь немного сокращенной копией ее природного образца. Но сейчас Джонатан Венетц (Jonathan Venetz) из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе и его команда зашли несколько дальше.

Они не только скопировали синтетический геном бактерий, а с помощью компьютера смогли вполне заменить части генома. "В нашем геноме последовательность основ ДНК совершенно новая и не похожая на первичную последовательность, - пояснил коллега Венетца Бит Кристен (Beat Christen). – Однако биологическая функция на уровне белков осталась неизменной».

Исходным пунктом их исследования был геном распространенной во всем мире пресноводной бактерии Caulobacter crescentus. От природы этот геном состоит примерно из 4000 генов, но лишь 680 из них – необходимые для выживания микроба, удостоверяют предыдущие исследования.

В своем эксперименте ученые применили компьютерный алгоритм, что вполне упростил бактериальные гены и стандартизировал ДНК-код. Если в естественном геноме одинаковый белок закодирован несколькими последовательностями оснований, то на компьютере ученые использовали только один из этих кодов. В общем 800 000 ДНК-основ из природного образца ученые заменили примерно на 130 000.

Венетс и его команда использовали основы ДНК, чтобы воспроизвести эту измененную последовательность в лаборатории, создав таким образом полностью синтетический бактериальный геном. Через сильное отклонение от оригинала, ученые считают свое творение новым видом и назвали его Caulobacter ethensis 2.0. Под таким названием синтетический геном попал в официальную базу данных Национального центра биотехнологической информации.

Большой вопрос - может ли из этого искусственного генома, предстать искусственный организм? Чтобы это проверить, ученые создали бактерию, у которой некоторые природные гены заменили на синтетические участки ДНК. В результате такой постепенной замены, ученые выяснили: примерно 580 из 680 искусственных генов в клетках Caulobacter оказались функциональными.

Естественной моделью для искусственного генома, стали ДНК пресноводной бактерии Caulobacter crescentus

«Наш метод – лакмусовая бумажка, которым проверяют, правильно ли биологи поняли генетику, он позволяет заполнить все возможные пробелы в наших знаниях», – пояснил Бит Крис.

Благодаря полученным знаниям можно будет улучшить алгоритм и разработать совершенно функциональную версию генома 3.0. «Мы считаем, что скоро будем способны создавать из такого генома жизнеспособную бактериальную клетку», – сказал Кристен.

Так можно породить первый синтетически спроектированный «под линейку» организм. «Даже если современные версии генома еще не идеальны, наша работа демонстрирует, что биологический синтез очень просто воспроизвести, поэтому в будущем мы сможем определять его и в конце концов создавать на компьютерах в соответствии с нашей целью», – сказал соавтор Матиас Кристен из Высшей технической школы в Цюрихе.

Поэтому эта технология имеет большой потенциал, но порождает и этические вопросы. Так, с помощью синтетических геномов можно создавать микробов, продуцирующих медикаменты, вакцины и другие важные биомолекулы. С другой стороны, эти искусственные формы жизни существенно вмешиваются в природу и эволюцию – и долгосрочные последствия все еще нельзя полностью предусмотреть.

«На результаты исследования и вероятное применение новинки, ученые возлагают много надежд, но все же требуют обстоятельной общественной дискуссии о том, с какой целью эти технологии можно применять и как можно предотвратить злоупотребление, связанное с этим», – отмечает Бит Кристен. А насчет микробов-франкенштейнов, которые могут напугать некоторых из нас - их создание остается разве что вопросом времени.