Между прочим, первому автору этой новой эпохальной статьи Крейга Вентера Клайду Хатчисону 77 лет, в связи с чем у меня возникает вопрос: обязательно ли нужно было отправлять меня в отставку в 65 лет?
В 2014 г. группа из 60 студентов программы бакалавриата была включена в работу по проекту «Создание генома» под руководством Джефа Боке из Нью-Йоркского университета. В ходе семилетнего исследования они соединяли небольшие ДНК-фрагменты синтетической ДНК до 1000 пар оснований, пока не получится. Вместо бактериальной клетки с синтетической ДНК они использовали дрожжевую клетку и вставляли новые синтетические гены. Дрожжи – это эукариоты, и по существующей классификации они ближе к клеткам человека и гораздо сложнее, чем бактерии; они содержат ядро с 16 хромосомами, лишь одна из которых получена искусственным путем для замены хромосомы естественного происхождения. Клетка обладает способностью к росту; это свидетельствует о том, что пока ученые не ошибаются. Только 3% ДНК дрожжей имели синтетическую природу. Кроме того, было включено около 500 мутаций, и 50 000 нуклеотидов из 317 000 были удалены в качестве меры безопасности на случай, если некоторые клетки дрожжей непреднамеренно высвободятся в окружение. Во-первых, сначала эта модель была разработана на компьютере, а затем проведен синтез – это 10 лет тяжелой работы. Дрожжи «гуманизировали», так как гены человека не идентичны генам дрожжей, но у них достаточно много общего, чтобы встраиваться в метаболические и сигнальные пути. Мне это кажется удивительным. Это прорыв для будущих исследований, касающихся замены клеток человека. В будущем это окажется полезным при скрининге препаратов, предназначенных для лечения заболеваний человека. На этот счет есть много точек зрений.
Кроме того, Вентер намеревается использовать бактерии, разработанные по спецзаказу для метаболических исследований, скрининга лекарств и производства биогаза. Это краеугольный камень технологии производства электроэнергии из бактерий. Помимо этого, Вентер предполагает использовать их для получения вакцин и лекарственных средств и разложения мусора. А еще для производства продуктов питания.
Некоторые футуристические представления предусматривают использование искусственных клеток не только для выявления, но и для производства новых соединений, в частности артемизина против малярии. Новая вселяющая надежды область применения – «редактирование» генетических модификаций и лечение дефектных генов путем использования системы фагового происхождения CRISPR/Cas9. Это могло бы способствовать борьбе с мультирезистентными бактериями, но может привести к началу разработки методики получения «искусственных детей». Генетические изменения эмбриональных клеток человека уже начались. Вместе с тем до сих пор действуют очень строгие ограничения, в соответствии с которыми запрещены манипуляции с зародышевыми клетками и механизмами наследственности.
Уже существуют довольно причудливые биологические переключатели, способные включать и выключать реакции в зависимости от раздражителей, например света, и этот вопрос не так уж футуристичен. В будущем мы сможем глотать не таблетки в готовом виде, а сенсоры, которые будут определять потребность, равно как и «продуцировать» лекарства, то есть осуществлять терапию по запросу в зависимости от потребности пациента. В случае необходимости пациент может автоматически получать инсулин в нужном объеме. Инженерам, врачам и исследователям эволюции нужно объединить усилия, поскольку новая концепция носит мультидисциплинарный характер. И самое главное заключается в том, что результаты их усилий должны быть сопоставимы с тем, что реально создает природа. За несколько миллиардов лет она разработала механизм равновесия и будет противодействовать неизвестным или непонятным факторам влияния. В настоящее время разрабатывается новое патентное законодательство, предусматривающее «патентную чистоту» биологических строительных блоков, но не методов их построения. Суть этого законодательства заключается в том, что гены естественного происхождения не подлежат патентованию, а искусственные могут быть запатентованы. Тимоти Лу из Массачусетского технологического института (MIT) создает вирусы или фаги с генами, своего рода биологические машины, предназначенные для разрушения бактериальных слоев, биопленок, которые демонстрируют в 500 раз более высокую устойчивость к терапии, чем свободно перемещающиеся микроорганизмы. Они обитают на больничном оборудовании – от катетеров до водопроводных труб. Он также намерен переносить фаги в бактерии или клетки для получения соответствующих веществ. Возможно, однажды отпадет необходимость в гиподермических иглах для инъекций инсулина и препарат будет подаваться автоматически. Кроме того, Тим Лу начал модулировать в кишечнике бактериоды, чтобы они могли чувствовать стимулы и реагировать на них. Он использует бактерии в качестве «жестких дисков» (так их назвали журналисты) – носителей информации. Стимулы обусловливают мутации, которые сохраняются до 12 дней, затем считываются и определяются количественно. Настанет ли день, когда будет разработан сигнал «прекратить есть»? Возможно, это окажется довольно простой задачей! Тим Лу разрабатывает «самовоспроизводящийся живой материал» – практически биологический 3D-принтер! Он нацелен на бактерии, обладающие множественной лекарственной резистентностью, что является насущной необходимостью.
Мы будем глотать сенсоры, наноинструменты, роботов, микроманипуляторы в надежде, что они все сделают, – вот в чем заключается концепция! Нужно помнить, что вирусы очень чувствительны к стрессовым условиям, в частности герпесвирусы, которые «переползают» по нервным волокнам, активируя химические реакции, в том числе появление герпесных бляшек на губах. Таким образом, уже сейчас вирусы в особых случаях выполняют большинство этих функций. Они хорошие изобретатели и учат нас подражать им.
Более 50 лет назад Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии и человек, отличавшийся весьма оригинальным мышлением, все это предвидел. Он говорил: «Я не понимаю того, что не в состоянии создать!» Это утверждение Фейнмана заставит Крейга Вентера работать еще в течение некоторого времени. Знаменательным предвидением Фейнмана стала его фраза «Проглотите врача»! Неужели мы этого почти добились?
Что появилось сначала – вирус или клетка?
Этот вопрос я подняла в 2013 г. в Давосе (Швейцария) во время ежегодной встречи по РНК. Я разговаривала со своими коллегами, многими вирусологами и учеными, которые первыми стали заниматься РНК, вопросами химической эволюции и т.д. Они отвечали одно и то же, то, что написано в большинстве учебников, что говорили рецензенты всех моих статей в международных журналах и, возможно, читатели. Все они сразу же отвечали: сначала появилась клетка, поскольку вирус в ней нуждается. Я была разочарована тем, что даже ведущие исследователи РНК и рибозимов приводили эти же доводы, несмотря на то, что рибозимы являются первым активными биомолекулами, которые могут реплицироваться, эволюционировать, расщеплять и присоединять. Рибозимы – основа рибосом, и поэтому они являются ключевыми молекулами при синтезе белка, а cirРНК и с недавнего времени piРНК – основные регуляторы генов.
Рибозимы – это вироиды, а вироиды относятся к вирусам. Тогда сначала появились вирусы, или, если несколько смягчить, они существуют практически с момента зарождения жизни на Земле и по сей день. Нас окружали другие ученые и молодые студенты, которые с любопытством слушали и были весьма удивлены. Я говорила очень увлеченно, подчеркивала значение гигантских вирусов, многие из которых по размеру больше бактерий, так как они могут выполнять почти те же функции, что и живые клетки, – не так много, но близко к тому! Они могут быть носителями других вирусов. Они даже почти «видят»! Вирусы крупнее многих бактерий и вирусы в качестве хозяев вирусов, до недавнего времени об этом никто не слышал. Не существует четкого разделения между вирусами и клетками. Так что же мы обсуждаем: вирусы или клетки? Студенты были удивлены, они никогда ранее об этом не слышали. На нашей планете существует 1033 вирусов, это самый успешный биологический вид на Земле и самая крупная биологическая популяция на планете. Нет ни одного живого существа без вирусов. Действительно ли все организмы содержат вирусы? Есть ли они даже в нашем геноме? Готова поспорить, что да! Поэтому вирусы, должно быть, существуют с момента возникновения жизни на Земле, и ни один другой возбудитель инфекционных заболеваний не смог этого добиться. Убедили ли слушателей или Тома Чеха мои «возбужденные рассуждения»? Первыми были вирусы? Не знаю, согласились ли они со мной в итоге.
