Жизнь на грани. Ваша первая книга о квантовой биологии

Можем ли мы создать жизнь, которая действовала бы по нашей программе? Разумеется, можем. Мы уже давно пользуемся результатом успешного одомашнивания человеком диких растений и животных: выращивание злаков и разведение домашнего скота тоже является технологией, основанной на жизни. Однако искусственный отбор, благодаря которому мы имеем растения с более крупными семенами и послушных животных, удобных для разведения, все же имеет свои рамки. Например, миллиарды долларов ежегодно тратятся на удобрения, восполняющие утрату почвой азота вследствие интенсивного использования ее в земледелии. Бобовые культуры, например горох, не нуждаются в азотных удобрениях, поскольку в их корнях живут бактерии, захватывающие необходимый растению азот прямо из воздуха. Эффективность сельского хозяйства значительно возросла бы, если бы мы сумели вывести и зерновые культуры, которые могли бы сами добывать себе азот из воздуха, как это делает гороховое растение. Однако пока злаки с таким полезным свойством вывести не удалось.

Тем не менее даже такое ограничение преодолимо, по крайней мере частично. Генетические манипуляции с растениями, бактериями и даже животными (генная инженерия) получили широкое распространение в конце XX века. В наши дни большую часть урожая основных сельскохозяйственных культур, например сои, мы получаем с генетически модифицированных растений, невосприимчивых к болезням и воздействию гербицидов. Современные ученые работают над внедрением в геном злаков генов, отвечающих за получение азота из воздуха. Современную биотехнологическую промышленность невозможно представить без генетически модифицированных бактерий, которые широко применяются для производства антибиотиков и других лекарственных препаратов.

И все же в этой сфере не обойтись без ограничений. Генная инженерия в основном занимается тем, что перемещает гены из одного вида живых организмов и растений в другой. Например, листья, но не зерна рисового растения содержат витамин A (бета-каротин), поэтому в одном из ведущих продуктов питания развивающихся стран мира едва ли найдется один из самых полезных витаминов. От витамина A зависит нормальное функционирование нашей иммунной системы и зрения. Его нехватка в самых бедных регионах планеты, где основным продуктом питания является рис, приводит к тому, что ежегодно в этих странах миллионы детей теряют зрение или умирают от инфекций. В 1990-х годах Питер Бейер из Фрайбургского университета и Инго Потрикус из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе внедрили в геном рисового растения два гена (один из генома нарцисса, другой — из бактерии), отвечающих за выработку витамина A, чтобы получить рис с высоким содержанием витамина A в зернах. Генетически модифицированный сорт «Золотой рис», как его назвал Бейер за золотисто-желтый цвет зерен, способен обеспечить детей развивающихся стран необходимым витамином A. Однако, несмотря на то что генная инженерия является довольно успешной технологией, она только начинает серьезные эксперименты с живой материей. Развивающаяся научная дисциплина — синтетическая биология — занимается разработкой революционных технологий на основе жизни, благодаря которым станет возможным появление новых ее форм.

Существует два взаимодополняющих подхода к синтетической биологии. О научном подходе «сверху вниз» мы уже упоминали, когда говорили о том, как известный генетик, пионер в области расшифровки генома Крейг Вентер создал так называемую синтетическую жизнь, заменив геном бактерии микоплазмы синтетической копией того же генома. Замена генома живого организма сопровождалась незначительными изменениями в последовательности генов, и все же новый организм был настоящей бактерией микоплазмы: своим вмешательством ученые не сильно повлияли на биологию бактерии. В ближайшие годы Вентер и его команда планируют внести в геном синтетического организма радикальные изменения, однако согласно научному подходу «сверху вниз» эти изменения будут вводиться постепенно, шаг за шагом. Команда Вентера не создала новую жизнь — они лишь модифицировали одну из существующих ее форм.

Второй подход в синтетической биологии — принцип «снизу вверх» — является более радикальным. В рамках данного подхода ученые отдают предпочтения не модификации уже существующих живых организмов, а созданию новых форм жизни на основе инертных химических соединений. Многие посчитают подобные эксперименты опасными и даже кощунственными. Осуществимы ли такие проекты? Что ж, живые организмы вроде нас с вами — это удивительно сложно устроенные механизмы. Чтобы понять принципы их действия, как и в случае с любыми другими механизмами, необходимо провести инженерный анализ и так называемое обратное проектирование. Впоследствии можно использовать выявленные принципы для построения более совершенных механизмов.

Создание жизни по принципу «снизу вверх»