ДНК. История генетической революции

Не менее интересный организм – Pseudomonas aeruginosa, бактерия, вызывающая у человека серьезные инфекции, крайне опасная для пациентов с муковисцидозом, – обитает в самых разных экосистемах. В главе 5 обсуждалось, как генетически модифицированная форма Pseudomonas aeruginosa стала первым запатентованным живым организмом; интересно, что эта форма была приспособлена к жизни в нефтяных пятнах, среде, даже отдаленно не напоминающей человеческие легкие, где обитает обычная Pseudomonas. В геноме P. aeruginosa 6,4 миллиона пар оснований и примерно 5770 генов. Около 7 % этих генов кодируют факторы транскрипции, то есть белки, включающие и выключающие гены. Возвращаясь к E. coli, добавлю: «репрессор» E. coli, существование которого предсказали в начале 1960-х годов Жак Моно и Франсуа Жакоб (см. главу 3), – именно такой фактор транскрипции. Представлялось важным разбить ДНК на фрагменты определенного размера таким образом, чтобы при случайной выборке из миллионов фрагментов лишь от 20 до 30 тысяч из них статистически представляли собой всю ДНК генома. Вентер продемонстрировал, как мы облегчили процесс сборки генома, применив метод секвенирования спаренных концов к обоим концам каждого фрагмента.

Круг жизни. Карта генома Haemophilus influenzae: 1727 генов в 1,8 миллиона пар оснований

TIGR не остановилась только на изучении Haemophilus. В 1995 году в сотрудничестве с Клайдом Хатчисоном из Университета Северной Каролины в рамках проекта «Минимальный геном» был отсеквенирован геном M. genitalium – представителя микрофлоры мочеполового тракта, который стал подходящим кандидатом из-за своих особенностей. M. genitalium обладает самым маленьким геномом среди свободноживущих организмов: в нем около 580 тысяч пар оснований. Геномы вирусов, конечно, еще меньше, но вирусы представляют собой сложные химические структуры, принадлежат облигатным симбионтам – не способным к автономному существованию организмам. Оказалось, что в относительно короткой последовательности M. genitalium насчитывается 517 генов, из которых 482 кодируют белки, плюс несколько десятков генов, кодирующих РНК. Полный объем генома составляет 580 тысяч нуклеотидных пар. Естественно, возник вопрос: какие из генов являются жизненно важными? Вернер предпринял попытки, пытаясь приблизительно очертить минимальное количество генов, при котором организм продолжает оставаться жизнеспособным. Начались эксперименты, в ходе которых гены M. genitalium поочередно выключались, чтобы проверить, какие из них абсолютно необходимы для жизни, а какие – нет. Анализируя расположение транспозонов в секвенированных геномах, удалось установить, что жизненно необходимыми для организма являются от 265 до 350 генов. В 2006 году группа Вентера сообщила, что у генно-модифицированной бактерии можно отключить 100 генов и это не приведет к фатальным последствиям для жизнеспособности; таким образом, «минимальный геном» стал включать 382 гена. Признаться, этот «минимум» слегка надуман, поскольку микроорганизмы с выключенными генами находились в идеальной питательной среде, где имелись все вещества, необходимые для их жизнеобеспечения. Ситуация с микроорганизмами до смешного похожа на ту, при которой мы объявляем: «почки не являются жизненно необходимым органом, ведь пациент вполне просуществует на аппарате для гемодиализа».

На решение задачи создания синтеза живого организма с нуля путем объединения отдельных очищенных компонентов, так называемой лабораторной микоплазмы, Вентер потратил более десяти лет. Учитывая, что у Mycoplasma 482 белка и молекулы некоторых из них содержатся в клетке в огромном количестве, а другие единичны, задача создания столь невероятно сложной системы казалась мне почти безнадежной. Я, к примеру, с трудом улавливаю сюжет сериала «Игра престолов», где есть всего четверо или пятеро главных персонажей, от лица которых излагаются сюжетные линии; мысль о том, чтобы частично заблокировать сложные взаимодействия между жизненно важными элементами в клетке, буквально взрывает мозг. Ведь живая клетка – это не аккуратная миниатюрная машинка; скорее, это, по образному выражению Сиднея Бреннера, «молекулярный серпентарий».