Машина творения: Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры

18 месяцев мы тщетно надеялись, что жена забеременеет. Я прекрасно понимал, в чем дело… и сознавал, что теперь практически не способен изменить ситуацию. Операция прошла успешно, но система слишком долго не работала. Анатомически у меня все было в порядке. Просто мой организм отказывался пойти навстречу.

* * *

Сегодня ученые переписывают правила нашей реальности. Страдания, через которые нам обоим довелось пройти на пути к родительству, в ближайшие десятилетия могут стать аномалией. Новое научное направление обещает пролить свет на то, как зарождается жизнь и как ее можно воссоздавать при самых разнообразных устремлениях: чтобы мы имели возможность лечить людей без лекарственных препаратов, получать мясо, не забивая животных, и создавать семьи, когда подводит природа. У этого направления, получившего название «синтетическая биология», единственная цель: обеспечить доступ к клеткам ради написания нового – и, возможно, лучшего – биологического кода.

В XX столетии в центре внимания биологов был демонтаж, например, тканей, клеток, белков, ради того чтобы понять, как они функционируют. В нынешнем веке новое поколение ученых, напротив, занимается сборкой новых материалов из предоставленных жизнью строительных блоков. При этом в зарождающейся области знаний – синтетической биологии – многим уже удалось достичь успехов. Инженеры проектируют для биологии новые компьютерные системы, а недавно созданные компании продают принтеры, способные превращать компьютерный код в живые организмы. Архитекторы Всемирной паутины используют ДНК в качестве жестких дисков. Ученые создают системы «орган на чипе»: представьте себе полупрозрачную костяшку домино с вмонтированными в нее наноразмерными человеческими органами, которые живут и растут вне тела человека. Совместными усилиями биологи, инженеры, программисты и многие другие специалисты изобрели машину творения – комплексную систему, включающую людей, научные лаборатории, вычислительные устройства, государственные структуры и предприятия, которые создают новые интерпретации жизни и новые ее формы.

Машина творения служит двигателем великой трансформации человечества, которая уже началась. Пройдет совсем немного времени, и жизнь больше не будет делом случая, а станет результатом замысла, отбора и выбора. Машина творения будет решать, как нам осуществлять зачатие детей и какое определение дать семье, как распознавать болезни и бороться со старением, где строить дома и как питаться. Она сыграет важнейшую роль в ликвидации последствий изменения климата и в конечном счете в нашем выживании как вида в долгосрочной перспективе.

* * *

Машина творения включает в себя множество различных биотехнологий, все они созданы для редактирования и перепроектирования жизни. Целый ряд новых биологических технологий и методов, относящихся так или иначе к синтетической биологии, позволит нам не просто читать и редактировать код ДНК, но и писать его. А значит, вскоре мы научимся программировать живые биологические структуры, как если бы они были крошечными компьютерами.

При помощи одной из таких технологий, CRISPR-Cas9{2}, с начала 2010-х гг. стало возможным редактирование кода ДНК. Этот метод, который ученые называют молекулярными ножницами и в котором используются биологические процессы, чтобы вырезать и вставлять генетическую информацию, регулярно попадает в заголовки новостей о революционных медицинских вмешательствах, например о редактировании генов слепых людей с целью помочь им обрести зрение. Ученые используют физические молекулярные ножницы CRISPR и сращивают молекулу ДНК, выступающую как своего рода биологическое письмо, в котором буквы переставлены на новые места. Проблема заключается в том, что у исследователей нет возможности непосредственно наблюдать за тем, какие изменения вносятся в молекулу, с которой они взаимодействуют. Каждый шаг требует лабораторных манипуляций, их также необходимо подтвердить опытным путем, и в итоге вся эта работа становится весьма опосредованной, трудоемкой и отнимающей много времени. Синтетическая биология переводит процесс манипуляций в цифровую среду. Последовательности ДНК загружаются в программный инструмент (представьте себе текстовый редактор для кода ДНК), что позволяет вносить правки так же легко, как при работе в текстовом процессоре. После того как ДНК написана или отредактирована и результат удовлетворил исследователя, на устройстве, напоминающем 3D-принтер, распечатывается с нуля новая молекула ДНК. Технология синтеза ДНК (преобразование цифрового генетического кода в молекулярную ДНК) непрерывно совершенствуется. С помощью современных технологий без проблем осуществляется печать цепочек ДНК длиной в несколько тысяч пар оснований, которые можно скомпоновать, чтобы создать новые метаболические пути для клетки или даже полный геном клетки. Теперь мы можем программировать биологические системы подобно тому, как программируют компьютеры.