Расшифрованная жизнь

Для примера возьмем два гена в Mycoplasma genitalium, из которых один кодирует белок, участвующий в доставке глюкозы в клетку, а второй – белок, переносящий фруктозу. Mycoplasma genitalium выживает на любом из этих углеводов. Если в среде обитания клетки имеется только глюкоза, транспозоны способны вставляться в геном переносчика фруктозы без каких-либо последствий для клетки. Из этих экспериментов можно сделать вывод: ген переносчика фруктозы не существен для жизнедеятельности клетки при этих условиях. Однако, если клетке доступна только фруктоза, переносчик фруктозы становится существенным. Контекст имеет решающее значение, если мы хотим понять функции генов.

Еще одна сложность состояла в том, что наши колонии Mycoplasma не были клонами, и вполне вероятно, что один вариант Mycoplasma с геном выживания поддерживал своих «братьев и сестер», из которых этот ген был «выбит» транспозоном. На протяжении многих лет команда во главе с Джоном Глассом проводили тщательные эксперименты на клонах, добиваясь, чтобы этого не происходило.

После сравнения поведения генов в организме путем компьютерного анализа 13 родственных секвенированных геномов мы получили набор из примерно 99 генов, без которых, как мы полагали, геном Mycoplasma genitalium мог обойтись. В результате оказалось, что одна пятая его генома является избыточной, и мы наконец-то получили некоторое представление о необходимом для жизни абсолютном генетическом минимуме.

С помощью новых методик, разработанных нами для исследований Phi-X174, я вместе с Хэмом и Клайдом приступил к конструированию всего организма Mycoplasma genitalium из обычных лабораторных химических соединений. Когда я пишу эти строки, наша работа уже выполнена руками команды из 20 человек. Буквально на каждом этапе нам приходилось разрабатывать все новые и новые методики для решения постоянно возникавших технических проблем.

Прекрасно понимая степень своей ответственности – любая ошибка в расшифровке могла быть фатальной – нам пришлось провести секвенирование 580 тысяч оснований Mycoplasma с беспрецедентным уровнем точности: 10 лет назад допускалась примерно одна ошибка на 100 тысяч оснований, но с новыми устройствами мы сократили это количество до менее одной ошибки на полмиллиона. В результате мы получили – вполне возможно, единственную в своем роде, – практически безошибочную бактериальную последовательность: до нас никто, даже наши самые строгие критики не получали последовательность со 100 % точностью.

После этого мы должны были восстановить сокращенную ранее версию. Использовалось стандартное лабораторное устройство для получения олигонуклеотидов – коротких структур ДНК, которые являются строительным материалом для нашего искусственного генома. С помощью «умной химии» Хэм и его команда тщательно сшивали мириады крошечных блоков примерно по 50 пар оснований, чтобы получить уже намного меньшее количество небольших участков, которые размножали в E. coli. Затем из этих небольших участков делали несколько более крупных – генные кассеты, чтобы в результате получить два больших «куска», из которых уже можно было собрать круговой геном новой формы жизни. Итого, нам нужно было создать синтетическую ДНК по размерам в 10–20 раз превышающую полученную ранее, и производить с ней различные манипуляции.

Итак, создав круговой геном, мы встраиваем синтетическую ДНК в бактериальную клетку. Затаив дыхание, мы наблюдаем за происходящим в пробирке: сколько микроорганизмов – один или больше – «загрузились» и произошел ли контакт между ними и цепочкой нашей искусственной ДНК? Начала ли дочерняя клетка участвовать в процессе обмена веществ и размножаться, следуя нашему «рецепту» зарождения жизни? Нам уже удалось пересадить геном одной бактерии в другую и продемонстрировать первый пример трансмутации видов – и попасть на первые полосы газет всего мира.{228} Готовясь к экспериментам по пересадке синтетического генома, мы подали заявку на патентование «Микоплазматической лаборатории», как мы ее назвали.

Если наш план удастся, в мире появится новый живой организм, пусть и зависящий от уже налаженного механизма работы клетки микроорганизма, который будет прочитывать искусственную ДНК. Меня часто спрашивают, а не зашли ли мы слишком далеко? Я всегда отвечаю: пока мы только реконструируем в уменьшенном масштабе уже существующее в самой природе. Кроме того, я добавляю, мы провели тщательное изучение этических аспектов нашей работы и считаем, что ничего дурного в наших чисто научных исследованиях нет. Создав искусственный геном, мы можем сегодня встраивать или удалять отдельные гены и даже группы генов, чтобы получить неоспоримые доказательства справедливости нашей гипотезы, и наконец понять, как устроена жизнь.