Микрокосм. E. coli и новая наука о жизни

Тем временем Кристофер Войт с коллегами создает штаммы E. coli, которые когда‑нибудь, возможно, смогут бороться с раком. Его бактерии разыскивают в организме опухоли по низкому содержанию кислорода, и затем «впрыскивают» токсины в раковые клетки. Войт надеется когда‑нибудь превратить E. coli или какой‑нибудь другой микроорганизм в «умное» лекарство, способное самостоятельно принимать решения о том, как и когда следует выделять лекарственное вещество для лечения болезни. Возможно, они смогут также считать собственные циклы деления и после определенного их числа заканчивать жизнь самоубийством. Другие ученые пытаются превратить E. coli в солнечную батарею, способную улавливать солнечный свет и превращать его в топливо. Специалисты по синтетической биологии надеются, что когда‑нибудь им удастся продвинуться дальше E. coli и приступить к работе с другими организмами, как это в свое время произошло с генной инженерией. Не исключено, что когда‑нибудь они смогут вмешаться и в программирование человеческих клеток: к примеру, заставить организм вырастить новый орган.

Все то, о чем говорилось выше, занимает мысли специалистов по синтетической биологии в хорошие дни. Когда же накатывает дурное настроение, они вспоминают обо всех трудностях и препятствиях, которые ждут их впереди.

Инженерам, к примеру, нужны стандартизованные детали. Конструируя токарный станок или газонокосилку, инженер не придумывает заново болты, которые должны скреплять детали машины. Он просто указывает, какие болты и гайки из стандартного набора следует использовать. Но это относительно недавнее достижение. До середины XIX в. резьба на болтах, сделанных на одном заводе, могла полностью отличаться от той, которая была на болтах другого завода. Стандартизация болтов ускорила технический прогресс и, возможно, сыграла очень существенную роль в промышленной революции.

Пока что синтетическая биология в некоторых отношениях находится еще на доиндустриальной стадии развития — это ремесло для умельцев и мастеров. Еловицу и его коллегам — специалистам мирового класса по E. coli и ее генам — на получение мигающей бактерии потребовалось больше года. Даже добившись успеха, они оказались в тупике — другим ученым было бы очень трудно каким‑то образом улучшить их схемы или включить их в другие, более сложные. С одной стороны, сначала им пришлось бы воспроизвести схему, что само по себе очень непросто. К тому же эта схема может работать только в определенном штамме E. coli, а определить эти штаммы можно, лишь сверяясь с детально разработанным «генеалогическим древом», где за происхождением бактерий следят не менее тщательно, чем за происхождением коронованных особ. Любой инженер почувствовал бы отчаяние перед лицом таких трудностей.

Начиная с 2001 г. Дрю Энди и Том Найт из Массачусетского технологического института создают генетический банк для синтетической биологии. Если вам понадобится добавить к своей схеме переключатель, вы сможете поискать его на сайте BioBricks, загрузить на свой компьютер необходимую последовательность ДНК, заказать соответствующие фрагменты ДНК через биотехнологическую фирму и ввести их в клетку E. coli. На текущий момент в каталоге BioBricks содержится более 160 готовых схем; это не только упрощает исследования в области синтетической биологии, но и способствует развитию соответствующего профессионального сообщества. Энди и Найт организовали на базе BioBricks ежегодный конкурс по синтетической биологии среди студентов. Студенты тоже добавляют в банк новые фрагменты генетического материала, открывая дорогу будущим изобретениям.

Но дальнейшие попытки специалистов построить более масштабные схемы могут встретить на своем пути новое препятствие: саму E. coli. Несмотря на все усилия ученых, многое в этом микроорганизме до сих пор непонятно. Шестьсот его генов остаются полнейшей загадкой. Особенно туманна структура его генетической сети. Ученые могут распознать большинство транскрипционных факторов[30] E. coli, то есть большинство белков, включающих и выключающих гены. Но о том, чем эти гены управляют, известно гораздо меньше. А то, что специалисты знают о E. coli наверняка, иногда очень их расстраивает.

Управляющие схемы E. coli перекрывают друг друга, образуя такую путаницу, какую не сконструировал бы ни один уважающий себя инженер. Очень трудно предсказать, как дополнительные цепи, введенные человеком, изменят общее поведение такой сложной и запутанной системы.