Машината на Бога

trud.bg
Животът? Нелоша концепция, подлежаща на коригиране. Наследственият материал? Може да бъде пренаписан - подобно на текст, който трябва да се оптимизира. Пионерите на синтетичната биология се конкурират с природата.

Животът е супер

Един от тях - Дрю Енди от Станфордския университет, смята, че животът е “супер”. Не само неговият собствен, но и животът въобще.

Защото е по-съвършен от която и да е конструирана от човека машина. Защото със своите клетки той може да произвежда всякакви възможни материали, в състояние е да съхранява в гените огромни количества информация и чрез обмяната на веществата да създава полезна енергия - биологична “технология”, усъвършенствана в продължение на милиарди години. Тя трябва само да бъде овладяна, тогава животът на всички ни може да стане по-добър и по-лек.

В опита за създаване на несъществуващи в природата организми участват химици, биолози, информатици и инженери, които препрограмират живи организми в нови биомашини. Новите “демиурзи” с лекота прекрачват традиционните граници между специалностите и еднакво естествено разговарят за функционалните единици в наследствения материал на някоя бактерия или за съставните части на мобилния телефон.

“Скоро всички ще започнат да мислят така”, убеден е Енди. Той самият работи върху това, играта с живота да става все по-проста и по-проста. Докато накрая всеки що-годе способен студент да се включи в нея.

Модулен конструктор

На екрана върху бюрото на учения се виждат цветни, въртящи се едно в друго зъбчати колела. Това е началната страница на уебсайта на Registry of Standard Biological Parts, модулен конструктор за биоинженери.

Базата данни съдържа повече от 3500 “биотухлички” - частици от наследствен материал с ясно дефинирани функции, копирани от гените на бактерии, гъби, растения, животни. Дребни, полезни детайли от машината на живота. 3500 завършени елемента от генетичен код, от които могат да бъдат моделирани живи организми с нови способности.

Един биофрагмент може да се използва например за снабдяването на бактерия със сензори за светлина или наличие на експлозив. Друг може да превърне едноклетъчен организъм във фабрика за газови мехурчета, които да му придадат подемна сила във водна среда. Някои от елементите на генния състав нямат собствена функция, но могат да свързват други елементи помежду им по правилата на логиката: когато е налице светлина, тогава се образуват газови мехурчета в зависимост от това.

“Представете си, че искаме така да препрограмираме една коли бактерия, че с нея да се тества питейна вода в Бангладеш за наличие на арсен. Какво ни трябва за тази цел?”, започва да обяснява Енди и задейства търсачката на компютъра си. “Първо, сензор, чрез който нашата видоизменена бактерия може изобщо да идентифицира арсен.”

Енди изписва думата arsenic и се появява цял списък с данни. “Да, ето тук: биофрагмент J33201. Създаден в рамките на конкурс по генно инженерство от студенти в Единбург - генетична програма на белтък, който реагира на арсенови съединения. Произхожда от едноклетъчен организъм.”

Енди извиква на екрана и генетичния код на фрагмента - кодирана програма на природата, състояща се от 518 т. нар. базови двойки. Сега Енди би могъл просто да го копира във файл и да го изпрати като онлайн поръчка на комерсиален производител на ДНК елементи. След няколко дни ще получи по пощата тубичка с копия на кода на сензора за откриване на арсен.

“Като следваща стъпка имаме нужда от модул, който да отчита наличието на показатели над определен праг, продължава Енди. - Той представлява нещо като ключ. Може да приеме сигнала “наличие на арсен”, но се задейства само ако сигналът надхвърля определена стойност.”

Този шалтер на свой ред трябва да изпрати сигнал, който да активира третата част от генетичния механизъм и да даде зрителна индикация за отравянето на питейната вода.

Светофар след шалтера

“Сигналът би могъл например да накара един трети модул да провокира производството на ензима уреаза в клетката. Това ще промени стойността на pH в околната вода и може да доведе до активирането на пигмент”, пояснява Дрю Енди.

“Сега да видим дали базата данни съдържа модул уреаза, предлага той. - Да, ето тук нов биофрагмент, получен преди няколко месеца от Словения. Гените са клонирани от причинител на гастрит. Секвенцията трябва само да бъде свързана с другите два биофрагмента, след това всичко да се имплантира в наследствената информация на целевата бактерия.”

Предимството на такъв жив детектор на арсен е, че той се размножава от само себе си, не струва почти нищо и може в замразено състояние да се транспортира в тубички до различни краища на света.

Енди продължава: “Ако някой направи поръчка, веднага сме в състояние да произведем такъв организъм.”
Йенс ШРЬОДЕР


Изкуственият организъм на д-р Вентър

Да се въведат промени в естествения живот? За американския изследовател Крейг Вентър това не е достатъчно. Желанието му е в лабораторията за първи път да се извърши истински акт на сътворение.

Пионерът в генетиката Вентър следва своя собствена методика за създаване на изкуствено проектиран живот. Неговата цел е да сътвори не просто видоизменен жив организъм, а такъв, който е новоконструиран от самото начало.

Като образец му служи бактерията Mycoplasma genitalium, причинител на възпаления на пикочните канали, която със своите 600 000 базови двойки ДНК има един от най-малките съществуващи геноми. Но за Вентър и той се оказва прекалено голям. Неговото копие ще съдържа само най-необходимите гени. Изкуственият минигеном ще се използва като основен жив инструмент при вграждането на спасителни за света наследствени белези, благодарение на които синтетичните бактерии ще могат да поглъщат СО2, да абсорбират отрови или да произвеждат горива.

Но кои гени да отпаднат? За да установи това, екипът на Вентър изключва един по един всички 482 кодиращи белтък гени на M. Genitalium (за сравнение: човешкият геном съдържа повече от 20 000 гена). 381 гена се оказват безусловно необходими. Учените се заемат с един близкородствен микроб, който предизвиква възпаление на млечните жлези при козите. Да се създаде синтетично копие на неговия наследствен материал, който е с 2 пъти по-голям от минималния обем, се оказва още по-сериозно предизвикателство. През пролетта на 2010 г. изследователите от института “Крейг Вентър” в Роквил, щата Мериленд, оповестяват своето революционно научно постижение - създаването на “изкуствената” бактерия Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0. Същинският успех се състои във втората стъпка, която учените предприемат. Изкуственият геном бива прехвърлен в бактерия от вида M. capricolum, която преди това е освободена от естествената си ДНК. Новият наследствен материал действително поема контрола върху биохимичния апарат на клетката.

Организмът обаче не e изцяло нова форма на живот. Обвивката и всички други съставни части на клетката приемник - представляващи все пак 99% от сухата клетъчна маса - са от естествена микоплазмена бактерия. Нещо повече. Това, че новият геном, новият “софтуер”, изобщо може да функционира, се дължи отново на естествената “операционна система” на клетъчните органели, които трябва да са в състояние да разчитат информацията на изкуствените гени и по тяхно задание да произведат протеини. И все пак - за първи път учените се убеждават на практика, че геном, създаден изцяло по синтетичен път, може да бъде събуден за живот в клетката.

Много експерти гледат скептично на това развитие. Откакто преди 10 г. сензационно обявява, че пръв е успял да разчете човешкия геном, Вентър е привикнал с критиките. С времето той успява да докаже, че след големите му обещания следват и големи дела.