Как-то по телевидению показали маленького ребенка, который лишился кончика пальца. Пострадавший палец обработали порошком, полученным из экстракта внеклеточного матрикса – вещества, создающего межклеточные контакты. Врачи были очень удивлены, когда кончик пальца снова отрос и даже ноготь регенерировался. Вероятно, это произошло так же, как при первоначальном росте за счет градиентов факторов роста или факторов дифференциации. Критически настроенный журналист задал вопрос: сыграл ли порошок важную роль в процессе регенерации кончика пальца? Но он не получил ответа. Однако регенерация пальца, возможно, объяснялась тем, что ребенок еще достаточно мал и у него оставались эмбриональные стволовые клетки. Возможно, коктейль из четырех транскрипционных факторов оказался бы более эффективным, чем порошок. А может быть, в порошке присутствовал только один фактор? В ходе исследований генной терапии дети также продемонстрировали более впечатляющие результаты, нежели взрослые, у которых терапевтические гены были отключены. Нам нужно определить программы дифференциации и реактивировать их как возможное начало регенерации отрезанных пальцев у взрослых. И нам для этого нужно больше, чем запасные пальцы. Вполне возможно, что мы узнаем еще что-то о долголетии.
12. Вирусы и будущее
Синтетическая биология – кошки или собаки из пробирки?
В 2002 г. имя Экарда Уиммера из Стоуни-Брук, Лонг-Айленд, к большому удивлению ученого, попало на первые полосы газет. Он успешно провел полный синтез генома полиовируса в лабораторных условиях и опубликовал свою работу. Синтетический вирус обладал инфицирующими свойствами и был способен реплицироваться. Тем не менее общественность не рассматривала это как проявление научного прогресса, однако неспециалисты и ученые сошлись во мнении и стали во весь голос протестовать против статьи: «Подобные статьи ни за что нельзя публиковать!», «Это же руководство для биотеррористов!». Все реагенты выпускаются в промышленных масштабах без лицензии или каких-либо ограничений. Даже последовательность полиовируса можно свободно приобрести через интернет. Любой человек может воспроизвести такой синтетический вирус и распространить его как биооружие, поэтому открытие и вызвало столько сильное беспокойство у общественности. Нет, безусловно, синтез вируса – задача нетривиальная. Но иногда даже ученые способны превратиться в биотеррористов, если их что-то не устраивает или они не могут получить грант на исследования, если они на что-то сердятся или сходят с ума. Однажды такое случилось, когда биотеррорист отправил по почте письмо со спорами сибирской язвы. Он был специалистом по сибирской язве, и его что-то сильно разозлило.
Полиовирус – вирус небольшой, его длина всего 7500 нуклеотидов. В целях упрощения процесса Уиммер синтезировал вирусный геном как ДНК, поскольку ДНК более стабильна, а желаемая РНК потом автоматически копируется внутри клетки. Между тем был полностью синтезирован даже чрезвычайно опасный коронавирус SARS (выделенный у летучих мышей и состоящий из 29 700 нуклеотидов). Впоследствии его «гуманизировали» путем мутаций. Теперь такой изолят может передаваться от человека к человеку, что всегда опасно. Полиовирус сравнительно безвреден. А как быть с реконструированным синтетическим ретровирусом Phoenix, которому 35 млн лет? Вирусы гриппа тоже можно получать синтетическим способом, и процесс этот протекает даже быстрее, чем в культуре клеток или при выращивании вируса внутри яиц, однако, несмотря на то, что ставится цель в будущем использовать синтетический вирус гриппа в качестве вакцины, вирусы могут мутировать в более опасные изоляты. В целях получения вакцины предпринимаются попытки «деоптимизировать кодоны» вирусных последовательностей и вставить мутации (27 мутаций), чтобы замедлить репликацию вируса и снизить риски. Наиболее эффективные вакцины от полиомиелита, спасающие жизни пациентов, являются носителями только одной мутации. Возможна обратная мутация, в результате которой полиовирус вновь становится опасным диким вирусом. И хотя человечество практически избавилось от полиовирусной инфекции, в соответствии с современными стандартами эта вакцина считается слишком опасной. Сейчас надлежащие регуляторные органы ни за что не одобрили бы ее использование, и до сих пор предпочтение отдается менее эффективным, но более безопасным инактивированным вакцинам. Билл и Мелинда Гейтс поддерживают новую программу искоренения полиовируса. Вакцины на основе синтетических вирусов, подвергшихся искусственной мутации, применяют не только против полиовируса, но и против вируса гриппа и других вирусов. Этот метод называется инжинирингом с использованием синтетических аттенуированных (ослабленных) вирусов (SAVE).
Синтетическая биология – еще очень молодая отрасль науки. Синтез настоящей живой клетки, самой мелкой мини-клетки – важнейший приоритет для ученого-провидца Крейга Вентера, который всегда немного опережает современников. Он начал с мельчайшей бактерии Mycoplasma(M) genitalium и шаг за шагом сокращал общее число генов, чтобы определить минимально необходимый набор незаменимых генов. Из 482 генов он смог избавиться от сотни, и осталось всего 382 гена. Функции трети генов редуцированного генома неизвестны, примерно 206 генов родственны разным видам. Они регулируют репликацию и выживание. Вентер и его коллеги синтезировали ДНК in vitro, однако, к всеобщему удивлению, живая бактерия из нее не выросла. Синтетическую ДНК пришлось вставить в «выпотрошенную» (опустошенную) бактерию-хозяина. Это же обман! А что плавало внутри бактерии? Журналисты дошли до того, что заявили о создании искусственной или синтетической жизни и даже назвали это «игрой в Бога». На самом деле все это неправда. Сам же Вентер более реалистично оценивал свою работу и описал свои усилия как «трансформацию», то есть попытку сделать из собаки кошку. Это явление получило название «трансплантация генома». Просто он вернул к жизни опустошенную бактерию, только и всего. Однако ни у кого не было сомнений в том, что это возможно. И все же ДНК бактерий примерно в сто раз крупнее ДНК полиовируса, в связи с чем это была не просто техническая задача. Вентеру пришлось изыскать способы инактивации защитных механизмов клеток-реципиентов, рестрикционных эндонуклеаз, которые разрушают инородную ДНК. Вентер назвал полученные им существа «первыми существами, чьим родителем является компьютер». И вот в 2016 г., появился первый действительно живой синтезированный организм. Вентеру удалось получить первую минимальную бактериальную клетку из синтетического генома, состоящего из 531 000 базовых пар и 473 генов (438 белок-кодирующих и 35 РНК-генов), которая выращивается в лабораторных условиях. Эта клетка выглядит ужасно – она представляет собой лишенное симметрии и самоорганизации скопление шаров разного размера. Авторы назвали ее «полиморфичной». Однако функции 149 генов непонятны. Эта клетка реплицируется три часа, немного медленнее, чем исходный организм, то есть упущено что-то важное. Команда исследователей использовала новое понятие «транспозонный мутагенез», что в будущем приведет к получению новых результатов. Авторы подчеркивают, что в реальности не существует «минимальной клетки», поскольку это зависит от окружения. Чем богаче питательная среда, тем проще клетка!
Как только функциональная синтетическая клетка получена, можно проводить исследование и изучать пути производства полезных продуктов, в частности лекарств или промышленных химических соединений, которые могут иметь различные сферы применения. Что такое жизнь? Химический аспект жизни в скором времени станет понятен, но много вопросов до сих пор остается без ответа.
