Нанонауки

А как же в ней записываются те или иные сведения? Грубо говоря, ДНК содержит полное описание клетки. Цепочки ДНК — это своего рода приказы или команды, получаемые макромолекулами, присоединяющимися к ДНК. Они передают полученные команды «производственным машинам», вырабатывающим белки, необходимые для выживания клетки. Алфавит для записи информации состоит всего из четырех букв — нуклеотидов А, Ц, Г и Т, именуемых основаниями. Учредители синтетической биологии умеют синтезировать эти основания и приводить их в порядок. Итак, сначала они изготавливают искусственные ветви ДНК. Потом исследуют то, что получилось, проверяя, действительно ли искусственная ДНК функционирует так же, как естественная. Они вводят эти искусственные участки ДНК в бактерии и наблюдают за тем, что после этого происходит, надеясь понять жизнь через подражание ей, а потом, быть может, эту самую жизнь удастся воссоздать или сотворить заново. Таким образом уже были получены более 10 000 искусственных участков, а затем более 32 000 тех оснований, которые кодируют некоторые белки в бактерии Escherichia Coli. Кроме того, предпринимаются попытки синтезировать искусственные основания, непохожие на те (А, Ц, Г и Т), которыми пользуется известный нам мир живого. Так, в 2002 году японцы создали ДНК с шестью основаниями: к четырем естественным (А, Ц, Г и Т) они добавили два рукотворных — S и Y. Эксперименты показали, что бактерии способны включать в себя эти незнакомые им основания. А нельзя ли ожидать также и появления неведомых природе генетических кодов, новых белков или каких-то прежде неизвестных функций? Иными словами, а вдруг ученые, эти энтузиасты, создадут иные формы жизни? Пока что, однако, ни один диковинный кролик из колпака волшебника не выскочил.

Не так давно исследователи синтезировали вирус полиомиелита. Ну вот, вирус уже есть — значит, пора бы синтезировать бактерию, правда? «Технология производства» могла бы оставаться той же. Однако в геноме Escherichia Coli, бактерии из зауряднейших и самых распространенных, 4,7 млн оснований! Размах несколько иной, чем в случае вируса полиомиелита, для изготовления которого потребовалось синтезировать «лишь» 7200 оснований. Не диво, что биологи заинтересовались бактериями попроще и поменьше, чем Е. Coli. К примеру, американский биолог Крейг Вентер, участвовавший в расшифровке генома человека, работает с крошечной бактерией Mycoplasma genutalium: у малютки — 517 генов, что означает наличие каких-то 500 000 оснований! Некоторые гены кажутся бесполезными, или, точнее, неиспользуемыми. Весь вопрос в том, как бы поточнее определить, какие именно «гены» не нужны, да и угадать, сколько все-таки их нужно для жизни — речь о минимуме, понятно. По оценкам биологов, он примерно равен 250, что не кажется чем-то совсем уж недостижимым. Но никто не посмеет утверждать, что стоит подогнать друг к другу нужные основания, и возникнет жизнь.

Жизнь, она не так проста. Положим, удалось выстроить генетическую программу — но ведь нужна еще и «коробочка» (вместилище). Приверженцы синтетической биологии уже кое-что придумали и даже опробовали. Например, они научились делать искусственные мешочки, делящиеся самостоятельно, под воздействием механического давления извне. Еще они синтезировали белки, способные проникать в мембрану и создавать канал, соединяющий то, что внутри мембраны, с внешним миром — по этому каналу могут перемещаться питательные вещества или отходы метаболизма. Как и с оболочками (вместилищами), так и с их содержимым дела продвигаются, и довольно быстро, но на сегодняшний день ничего похожего на самовоспроизводящуюся жизнь не создано. Не помогут ли нанотехнологии решению и этой задачи?

УРОКИ ГОСУДАРЫНИ ПРИРОДЫ

Синтетическая биология не пользуется нанотехнологиями, но применяет генетические методы. А ведь новаторский нанотехнологический инструментарий как нельзя лучше пригоден для изучения сокровенных тайн клетки. Совершенствование туннельного микроскопа привело к созданию микроскопа ближнего поля, пользуясь которым исследователь может как бы «сорвать» мембрану и заглянуть внутрь клетки. Из наноматериалов мастерят нанозонды, и эти крошечные приборчики приклеивают затем к белкам или к маленьким вирусам, что позволяет проследить их перемещения внутри клетки. Если такие маркеры еще и светятся, флюоресцируют, то за движениями белковых молекул или вирусов можно наблюдать с помощью конфокального оптического микроскопа, in vivo.