Знание-сила, 2007 № 11 (965)

Микробы «нового поколения», создаваемые в лабораторных условиях, отличаются простотой структуры. Они будут состоять из минимально необходимого числа генов и отдельных дополнительных генов, которые заставят эти организмы трудиться на нас. Превратить живые организмы в простые, программируемые биосхемы, наподобие компьютерных микросхем, — вот задача для нового поколения биологов.

Именно этой задачей руководствовался Крейг Вентер, прославившийся семь лет назад расшифровкой (секвенированием) человеческого генома. Вместе с нобелевским лауреатом по медицине Гамилтоном Смитом он в течение нескольких лет выяснял, какие именно гены нужны бактерии Mycoplasma genitalium, у которой всего 515 генов — меньше, чем у любого другого существа на нашей планете. Более сотни генов оказались «лишними». Искусственную бактерию произвели путем удаления из микоплазма гениталиум ее генетического материала и введения новых генов, созданных химическими методами.

В «улучшенный» геном микоплазмы можно безбоязненно вводить гены, отвечающие за функции, которые не были прежде ей присущи. Можно, например, заставить этот микроб вырабатывать дешевый водород или этанол — очень перспективные энергоносители, причиняющие минимальный ущерб окружающей среде.

31 мая этого года Институт Крейга Вентера подал в патентное ведомство США заявку на патент искусственной бактерии, получившей название Mycoplasma laboratorium. Данная работа стала важной вехой в становлении синтетической биологии. Подача же патента — это попытка перейти к коммерческому использованию ее достижений. «Если мы создадим бактерию, вырабатывающую новый вид топлива, это будет первая бактерия на миллиарды долларов», — без обиняков высказался Крейг Вентер, обещавший добиться таких успехов в синтетической биологии, что нефть со временем будет не нужна.

Содержание заявки на патент не может не удивлять. Предполагается распространить патент на все гены, из которых состоит Mycoplasma laboratorium, а также на любой организм, созданный на основе этих генов. Кроме того, собственностью Вентера и Со предложено считать любую бактерию рода микоплазма, у которой удалено не менее 55 генов из числа 101 гена, которые были удалены у бактерии микоплазма гениталиум Вентером и его сотрудниками.

По словам критиков, Вентер стремится стать таким же монополистом в синтетической биологии, как Билл Гейтс — в программировании, а его институт со временем превратится в своего рода «Майкробософт». Так вправе ли ученые патентовать искусственно созданные биосистемы? Вопрос вызывает бурные дискуссии.

Любопытны и успехи коллег Вентера, которые идут другим путем — встраивают в бактерии искусственные биохимические системы, тоже наделяя эти микроорганизмы необычными свойствами.

Так, Джей Каслинг из Калифорнийского университета, использовав десять генов, взятых у трех разных организмов, изменил систему обмена веществ обычных кишечных бактерий, с тем, чтобы те начали вырабатывать компонент лекарства от малярии. Пока этот компонент получают из полыни однолетней Artemisia annua, произрастающей в Юго-Восточной Азии, и стоимость ее высока. В конце 2004 года Фонд Билла и Мелинды Гейтс выделил на разработку лекарства от малярии 42,5 миллиона долларов.

Кристофер Войт из Калифорнийского университета приучил бактерии Escherichia coli «видеть», введя в их ДНК два гена, заимствованных у цианобактерий. Эти гены отвечают за синтез светочувствительного белка, содержащегося в мембране. Теперь бактерии стали темнеть при попадании на них солнечных лучей. Когда чашу с бактериальной культурой накрывали трафаретом, в ней, словно на фотопленке, проступал четкий, контрастный рисунок. Конечно, во времена цифровой фотографии не может быть и речи о новом изобретении фотографической пленки. Это, скорее, зримое доказательство возможностей синтетической биологии.

По-настоящему понятно лишь то, что может быть сконструировано нами самими, — таков девиз биотехнологов. Достижения синтетической биологии станут подспорьем и для теоретиков. До сих пор молекулярные биологи, пытаясь понять, как устроена клетка, разлагали ее на отдельные элементы. Реконструируя клетку из отдельных элементов, биологи-синтетики могут попутно проверить эти догадки.

«Биологи стремятся задавать вопросы и искать на них ответы, а инженеры, наоборот, пытаются конструировать простейшие объекты, которые способны понять, — так, по словам Рона Вайса из Принстонского университета, можно охарактеризовать смену парадигмы в биологической науке. — Во время моей работы программистом я изучал биологические системы, чтобы почерпнуть какие-то новые идеи. Но вдруг мне стало понятно, что я хочу не конструировать компьютеры по образцу живых организмов, а, наоборот, программировать биологические организмы подобно компьютеру».

Крейг Вентер

Рон Вайс