Жизнь на скорости света

Теперь мы можем после сборки олигомеров и ПЦР-амплификации удалять любую ДНК, содержащую ошибки, ферментом, который называется эндонуклеаза. Этот специальный биологический робот был открыт при помощи системы программного обеспечения Archetype, разработанной Тоби Ричардсоном и его командой в SGI для хранения, управления и анализа данных по биологическим последовательностям. Процесс «работы над ошибками» начинается с денатурации и ренатурации ДНК, амплифицированной ПЦР, так что она образует двухцепочечные молекулы. Некоторые из этих молекул имеют во всех позициях «правильные», соответствующие друг другу нуклеотиды, и эндонуклеаза их игнорирует. Однако ДНК, в которой случилась замена, выпадение или вставка, тоже объединится в двойную цепочку с правильной ДНК (просто потому, что правильных молекул в реакционной смеси во много раз больше). Тогда в том месте, где в одной из цепочек ошибка, в двойной цепочке окажутся несовпадающие пары оснований. Такая ДНК (она называется гетеродуплексной) распознается и расщепляется эндонуклеазой.

Тот факт, что интактные молекулы амплифицируются эффективнее, чем расщепляемая эндонуклеазой ДНК, означает, что мы можем использовать вторую реакцию ПЦР для повышения доли синтетических фрагментов без ошибок. При таком подходе частота ошибок обычно меньше, чем одна на 15 000 пар оснований, и этот результат может быть еще улучшен, если проводить дополнительные сеансы исправления ошибок. На этом этапе мы получали молекулы ДНК с достаточной точностью, чтобы они могли быть конечным продуктом в полном смысле слова, например ДНК-вакциной (ДНК, вставляемой в клетки тела, чтобы производить вакцинирующий белок). Но потенциал метода неограничен. С синтезированной ДНК в конце концов можно будет создавать любые формы жизни.

Используя бесклеточный синтез белка in vitro, вроде того, что впервые разработал Маршалл Ниренберг в 1960-х, конструкты из синтетической ДНК теперь можно применять для получения белков в автоматизированной системе. ДНК фага или вируса нуждается лишь в попадании в рецептивную бактериальную клетку, где она перехватит механизмы синтеза клеточных белков и ДНК и наделает множество своих копий.

Иногда бывает трудно увидеть за горизонтом сегодняшних возможностей, как технология, подобная «биологическому телепортеру», кристаллизуется из идеи в нечто реальное. Так случилось, конечно, с лазером, который первоначально подавался как решение, нуждающееся в проблеме{244}. Но я думаю, мы уже можем осознать, как повлияет на наше будущее возможность перевести программу жизни в свет. Способность отправить текст ДНК куда угодно по планете за доли секунды включает в себя любые возможности, касающиеся лечения болезней. Эта информация может быть текстом новой вакцины, белкового лекарства (вроде инсулина или гормона роста), фага для борьбы с инфекцией, вызванной устойчивым к антибиотикам бактериальным штаммом, или новой клетки для выработки лекарства, пищи, топлива или чистой воды. В сочетании с домашними синтезаторами эта технология позволит еще и подогнать лечение под всех и каждого, чтобы оно соответствовало генетическим особенностям пациента и в результате давало меньше побочных эффектов.

Самое очевидное и безотлагательное применение этих возможностей – распространение вакцины в случае начала пандемии гриппа. Последняя такая вспышка была объявлена 11 июня 2009 года, когда ВОЗ расценила вирус гриппа H1N1 («свиной грипп») как первый пандемический штамм более чем за сорок лет, запустив международную реакцию на эту крупную угрозу. Результатом стала самая быстрая разработка глобальной вакцины в истории. За шесть месяцев были произведены и распределены по всему миру сотни миллионов доз вакцины, продемонстрировав способность государственных и частных учреждений всего мира к быстрой мобилизации и сотрудничеству.

Реакция была беспрецедентно быстрой – но все же недостаточно быстрой. Значительная часть вакцины оказалась доступной только через два месяца после прохождения вирусной инфекцией пика, оставив большинство населения на милость патогена в разгар его циркуляции. И хотя уровень смертности был относительно низок, множество людей встретились с вирусом. От H1N1 умерло около 250 000 человек, и вследствие природы этого конкретного гриппа большинство жертв было молодыми. Будь этот вирус более патогенным, задержка с доступностью вакцины могла привести к тяжелому кризису в здравоохранении, способному вызвать в пораженных городах конфликты, беспорядки и социальные взрывы.