Искусственная жизнь: фокус с разоблачением

«Искусственно созданная форма жизни» снова замелькала в заголовках научных новостей. Старожилы помнят, что она там уже мелькала шесть лет назад. Как и в прошлый раз, поводом для сенсации стала работа ученых из института Крейга Вентера: они создали новый вид бактерий с искусственным геномом, содержащим рекордно малое число генов (473 в нашем случае, а когда крик поднимали в прошлый раз, генов было 910). На первый взгляд не слишком очевидно, в чем тут сенсация. Таким образом, на нас ложится обязанность разъяснить, что же послужило поводом для этих всплесков научно-популярного энтузиазма, создана ли на самом деле искусственная жизнь, и если да, то зачем и как, а если нет — почему.

Зачем нужна искусственная жизнь?

Представьте себе: по-прежнему существуют люди, верящие, что у живой материи есть свойства, не сводимые к химии и физике. Этакая жизненная сила. Если ее, дескать, не вдохнуть в мешанину молекул, то мешанина не сможет жить, размножаться и радоваться солнышку. Разумеется, упрямым и ограниченным невеждам, проповедующим подобное мракобесие, хотелось бы утереть нос: из чистейших, химически синтезированных компонентов собрать что-нибудь этакое, чтобы оно потом само начало жить. А мы бы убедились, что эта штуковина ничем принципиально не отличается от прочих форм жизни, созданных не человеческими руками, а природой.

Кроме благородной, но неконструктивной задачи подразнить мракобесов, у этого проекта могла бы быть и другая цель. Один из величайших физиков столетия Ричард Фейнман говорил: «То, чего я не могу воссоздать, я не понимаю». Биологам, конечно, ужасно хотелось бы убедиться в том, что они понимают, хотя бы в общих чертах, как устроено живое. Вы можете очень подробно описывать, как мигают лампочки на системном блоке компьютера, но пока вы не спаяете свой собственный компьютер, никто не поверит вам, что вы действительно ухватили самую суть, а не поверхностные приметы. И вот, конечно, когда первый биолог слепит живой объект из химических компонентов, тогда-то нас уже на кривой козе не объедешь: это будет значить, что если мы и заблуждаемся, то в частностях и мелочах, а самое главное поняли верно.

Почему еще не создана искусственная жизнь?

Если кратко: потому что пока люди не договорились, что значит «жизнь». Если это, к примеру, структуры, способные бесконечно самовоспроизводиться в определенных благоприятных условиях внешней среды, то такой искусственной жизни вокруг хоть пруд пруди. Возьмем хоть Microsoft Office: только подноси новые компьютеры, устанавливай пакет, и копий программы будет все больше и больше. При этом «благоприятной внешней средой» будут сами новые компьютеры и пользователи, вздумавшие установить на них программу. Или другой пример, поближе к биологии: в машинке для полимеразной цепной реакции, каких полно в каждом институте, из маленького кусочка ДНК получается много-много копий. Только подноси сырье и не забывай периодически разбавлять продукт реакции — и ничто не мешает гонять эту машинку бесконечно. Чем вам не жизнь?

Но, конечно, если вы даже сможете объяснить мракобесу, что технически это и есть искусственная жизнь, вряд ли он будет настолько впечатлен, чтобы забросить свои маленькие уютные верования и приятную привычку ездить по воскресеньям на службу в церковь, раскланиваясь с духовно близкими мракобесами. Чтобы обломать этот кайф, хорошо бы показать ему что-то, более похожее на «жизнь» в привычном понимании.

О’кей, вирус сойдет? Вирус в этом смысле замечательный объект: стоит только смешать вирусный геном (ДНК) и белки оболочки, и вирус сам начнет собираться в готовые частицы, способные заражать клетки, размножаться в них и творить все свои черные вирусные дела. При этом, естественно, вирусный геном вполне можно синтезировать искусственно, равно как и вирусные белки (хотя второе сделать чуть сложнее). Но хотя такой бессмысленный опыт вполне по силам современной науке, он вряд ли убедит мракобесов: для размножения вируса все равно нужна живая клетка, и именно там, скажет мракобес, ваш искусственный вирус почерпнет недостающую «жизненную силу».

Что могло бы потрясти наших друзей-теистов всерьез, так это искусственная клетка. Никакие принципиальные ограничения не мешают нам соединить в нужной пропорции белки и нуклеиновые кислоты, составляющие клетку какой-нибудь бактерии, и добавить к ним всю нужную мелкую химию. Специально позаботимся о том, чтобы все компоненты были синтезированы химически, а не выделены из живой клетки. Чуть сложнее с мембраной; автор этих строк совсем не в курсе, что там происходит у парней, изучающих бактериальные мембраны, но, видимо, можно найти способ сделать эту самую мембрану из белков и липидов, а потом засунуть в нее все потребное для жизни. Если это и выходит за рамки возможностей современной молекулярной биологии, то не по принципиальным причинам. Были бы деньги и желание.

Конечно, проект получится дорогой (ну, наверное, примерно как пилотируемый полет на Марс). Хуже другое: проект будет совершенно бессмысленным. Ведь на самом деле никто, кроме упертых обскурантистов, не думает всерьез, что живая химия чем-то отличается от неживой. Ну конечно, если мы точно скопируем все-все компоненты живой клетки, у нас получится живая клетка. Беда в том, что это не поможет нам узнать об этой самой живой клетке ровным счетом ничего нового. Прав Фейнман: то, чего я не могу воссоздать, я не понимаю; но есть много такого, что я могу воссоздать, но при этом все равно не понимаю, хоть убей. Забегая вперед, скажем, что именно этот вывод стал главным итогом научной работы, которой посвящена наша заметка.

В общем, получается, что — в зависимости от терминологии — создание искусственной жизни либо давно пройденный и малоинтересный этап, либо эпически масштабная бессмыслица на грани технических возможностей человечества, ничего при этом не добавляющая делу познания природы. Есть, однако, узкая обитаемая щель между этими крайностями — там и поселились ученые, называющие себя «синтетическими биологами».

Кто такой Крейг Вентер и что он делал раньше?

Обычно учеными движет смесь научного любопытства и личных амбиций, в разных пропорциях. Мне симпатичнее те, в ком преобладает любопытство, но это вопрос вкуса; а в Крейге Вентере амбиций столько, что хватит на дюжину Нильсов Боров или Грегоров Менделей. Именно он был главным единоличным вдохновителем расшифровки генома человека (вроде бы именно его собственный геном и был расшифрован первым).

А когда геномные исследования были подхвачены тысячами серых рабочих лошадок, гордый Вентер решил поиграть в Бога и создать искусственную жизнь. Причем в том единственном понимании, в каком это может быть интересно биологу.

За исходную точку взяли микроба по имени микоплазма. Замечательна она не только тем, что вызывает у людей неприятное воспаление в разных местах (о чем свидетельствует поэтичное название M. genitalium), но и очень маленьким размером генома. Именно геном Mycoplasma genitalium — все ее 525 генов — и был первым геномом, который Крейг Вентер и его коллега Гамильтон Смит синтезировали искусственно. Геном засунули обратно в клетку, и он заработал. Опыт, конечно, дурацкий; но Крейг и Гамильтон еще только набивали руку.

Затем исследователи взяли другой вид микоплазмы — M. mycoides — и вновь синтезировали ее геном, девятьсот с лишним генов. Только засунули его уже не обратно в ту же клетку, а в другой вид микоплазмы, каприколум, из которого предварительно аккуратно вытащили хромосому. И что бы вы думали: новая клетка стала делиться, и ее детишки во всем походили на микоидес, хоть их мама и была каприколой до мозга костей. Вот и еще один бессмысленный опыт, доказывающий разве что, что именно ДНК, а не что-то еще, является носителем наследственности, а то мы раньше не знали. А чтобы испортить впечатление еще сильнее, Вентер и Смит тщеславно вставили в синтетический геном куски, в которых закодировали собственные имена.

А также и пресловутую цитату из Фейнмана: What I cannot create, I do not understand. Не зря же мы помянули ее уже дважды.

Этот странноватый организм — хромосому с метками человеческого тщеславия, засунутую в другой вид микроба, — и прозвали в 2010 году первой синтетической формой жизни, или SYN 1.0. И конечно, это блистательный пример исследования, не принесшего людям ровным счетом никакого нового знания. То есть и не исследование вовсе, а форма искусства: блоху подковывать, знаете ли, тоже было вполне бессмысленным проектом, хоть и прикольно.

Что Крейг Вентер сделал в этот раз?

Даже если считать синтетический организм SYN 1.0 торжеством человеческого разума, такая игра в Бога не могла удовлетворить Вентера и его друзей: Бог-то явно понимал, как функционирует созданная Им жизнь, а Вентер не понимал вообще. И вот тут, чтобы хоть как-то подтянуться к статусу демиурга, исследователи из института Вентера встали на магистральную трассу синтетической биологии: решили сделать минимальный геном. Другими словами, они вздумали рассортировать микоплазмины гены на те, что нужны позарез, и те, что не слишком нужны. Вторые выбросить, первые оставить. Это будет свидетельствовать хоть о каком-то уровне понимания, что в жизни главное, а что второстепенное.

О том, что такое минимальный геном, прекрасно рассказал участник проекта «Сноб» Михаил Гельфанд. Если кратко, то у всех у нас есть ненужные гены. Например, ген, определяющий умение сворачивать язык в трубочку: у меня он есть, а у Ричарда Докинза нету, и все равно я ничем не лучше Докинза, а то, может, и похуже. А у микробов есть гены, позволяющие им использовать в пищу всякие странные соединения, вроде лактозы или ацетата. Если у них есть другая еда, они эти гены даже не включают, так что — при условии обильной и разнообразной кормежки — можно их вовсе выбросить.

Команда Вентера во главе с Клайдом Хатчинсоном занялась выбрасыванием из своего SYN 1.0 ненужных генов. И показательно провалилась. Ни один из оптимизированных человеческим разумом организмов не оказался жизнеспособным. То есть просто вот так повертеть ген в руках, подумать: «К чему бы он был нужен?» и принять решение — не получилось. Ввиду недостатка информации. Или, может, ревнивый Бог не смог такое стерпеть.

И тогда исследователи пошли другим путем — путем смирения. Ну и пусть мы ни черта не понимаем, сказали они себе. Пойдем путем обезьян, колотящих по клавишам пишущей машинки в надежде выстучать сонет Шекспира. Будем выбивать гены случайным образом, смотреть, жизнеспособен ли микроб, и если да — переходить к следующему этапу (там все было чуть-чуть сложнее, изящнее и экономнее, но принцип такой).

Первый раз открыли шампанское, когда получился SYN 2.0. Этот ничем не примечательный микроб, потомок M. mycoides, содержал всего 525 генов — столько же, сколько у M. genitalia, то есть минимальное для известных природных микробов число. При этом он рос так же быстро и весело, как mycoides, а не как полумертвый genitalia.

Ну а потом — финал. Организм SYN 3.0, 473 гена. Меньше, чем у любого клеточного организма на земле*. Самый маленький геном. В который по-прежнему вписаны имена создателей и пресловутая цитата Фейнмана.

Так вот, еще раз о цитате. Все гены этой новой твари оказались позарез нужными, больше ничего выбросить не удается — бактерия тут же мрет. Однако из 473 ее генов почти треть — непонятно про что. То есть никто не знает, зачем они нужны и отчего они так позарез необходимы. Это при том, что похожие гены есть и у самой изученной бактерии в мире, кишечной палочки, и даже у человека существует что-то в этом роде. Воссоздали — но ни черта не поняли.

Кажется, Бог раскатисто, с уханьем смеется над игравшими в него биологами: вот базовая, примитивнейшая форма жизни, и вы по-прежнему не понимаете смысла каждого третьего гена, необходимого для ее выживания. Ради такого конфуза стоило позволить зазнайкам завершить свой амбициозный эксперимент, не поражая их молнией.

Но теперь, по крайней мере, стало понятно, чего именно (и сколького!) биологи не понимали. И потому этот эксперимент Вентера не бессмысленный, хоть и отрезвляющий. Разобраться в функции 149 генов — задачка масштабная, но реалистичная. И, в отличие от предыдущих вентеровских проектов, в ней куда больше от любознательности, чем от пустых амбиций.

Впрочем, с точки зрения идеологии богоборчества результат тоже вполне эффектный: хоть и не «искусственная жизнь», но уж точно новый вид бактерий, ранее неизвестный в природе. А выглядит он вот так.

Вентер вешает инвесторам лапшу в том смысле, что, мол, его синтетический организм будет страшно полезен для биотехнологии, чтобы добавлять в его минимальный геном новые полезные свойства. Не знаю, что думают инвесторы, но я бы не купился. Я бы понимающе кивал, а потом, будь у меня деньги, все-таки дал их Вентеру. Потому что польза пользой, а амбициозное соперничество с Богом — тоже важный аспект нашей цивилизации.

На этом мы и закончим несколько затянувшийся рассказ об искусственном организме Крейга Вентера. Хотите — прочтите об этом в Science или Nature. Заодно узнаете, насколько автор этой заметки проврался в деталях. Мы ведь тут в «Снобе» тоже многого не знаем, как и наука в целом.

________________________

* Примечание. Для ориентира: у человека, по нынешним оценкам, 28 000 генов. В том числе совершенно ненужные гены способности сворачивать в трубочку язык и чувствовать вкус фенилтиомочевины. И при этом полная неспособность синтезировать витамины А, В, С, Е, восемь незаменимых аминокислот и далее по списку, — а вот у микоплазмы-то как раз с этим все не так уж плохо. У дрожжей около 6000 генов, у бактерии кишечной палочки — 4000.