Как радикально улучшить жизнь

Биологи придумали, как сделать живую клетку лучше, гармоничнее и полезнее для нужд прогресса

Фото: Andrew Brookes/GettyImages
Фото: Andrew Brookes/GettyImages
+T -
Поделиться:

Большинство читателей наверняка согласятся, что от подобных заголовков их мутит. Их жизнь и так достаточно хороша, и они никого не уполномочивали ее улучшать. Люди верующие и вовсе усмотрят тут кощунство: надо волю Божию исполнять, а не заниматься самовольными улучшениями. Однако определенный контингент атеистов-богоборцев может с этим поспорить: воля Божия сотворила мир, вызывающий, мягко выражаясь, некоторые нарекания, и если мы можем что-то в нем подправить, отчего бы не попробовать? А если Бога, как некоторые думают, нет, то вообще некому делать этот мир лучше, кроме нас.

Примерно так, видимо, и рассуждает Крейг Вентер. Об этой любопытной фигуре мы не раз рассказывали. Именно Вентер был в свое время одним из вдохновителей проекта «Геном человека», а позже посвятил себя синтетической биологии: занялся изготовлением искусственной клетки, структуру которой определяют не капризы эволюции (которые иначе называются «волей Творца»), а разумный замысел биологов.

У синтетической биологии много задач, от совсем уж фантастических до вполне прикладных. Полгода назад мы рассказывали о том, как в институте Вентера делают бактерий с минимально возможным размером генома и чему нас учит этот опыт. А вскоре, в августе этого года, была опубликована еще одна работа вентеровского института. Возможно, она выглядит не так сенсационно, но по сути она куда любопытнее.

В чем биологи подправили работу Творца в этот раз? Они занялись ни много ни мало генетическим кодом. Вы наверняка знаете, что генетический код — это такое правило, по которому каждым трем последовательным буковкам в ДНК (например, АТГ) соответствует аминокислота, которая стоит на этом месте в соответствующем белке (например, метионин). Это как бы язык программирования, на котором написаны программы для всех, практически без исключений, живущих на земле организмов.

У такой универсальности программного обеспечения жизни есть плюсы и минусы. Плюсы в том, что разные организмы могут обмениваться между собой генами, как разные компьютеры обмениваются файлами. О том, как это полезно лично нам, мы недавно писали. Минусы же проще понять опять же по аналогии с компьютерами: это вирусы. И компьютерный, и человеческий вирус играет на том, что зловредный код одного ресурса может подчинить себе работу другого. Если бы в каждой живой твари на земле была установлена собственная операционная система, существование вирусов потеряло бы всякий смысл.

Возможно, универсальность генетического кода — явление вынужденное. Если у какого-то организма случайно поменяется соответствие между тремя буковками ДНК (так называемым «кодоном») и аминокислотой — а для этого просто должна произойти мутация всего в одной молекуле, тРНК, — то абсолютно все белки организма будут содержать соответствующую ошибку, и среди этих ошибок наверняка будут такие, что сведут организм в гроб. Таким образом, чтобы изменить код, организму надо провести над собой огромную целенаправленную работу по одновременному изменению всех его генов. На такую работу слепая эволюция просто неспособна.

А вот ребята из института Крейга Вентера очень даже способны. Замысел их состоял в следующем. Несложно подсчитать, что всего существует 64 трехбуквенные комбинации из четырех возможных букв. Аминокислот же всего двадцать, поэтому некоторые аминокислоты кодируются разными комбинациями (аргинин, серин и лейцин имеют аж по шесть кодонов каждый!) Все эти комбинации используются в генах, и такое разнообразие не имеет никакого особого смысла. А значит, можно его уменьшить без ущерба для живой твари.

Живой тварью была бактерия кишечная палочка. Ученые поставили себе цель: тщательно просмотреть все гены микроба и везде заменить два (из шести существующих) аргининовых кодона на другие аргининовые кодоны. Таким образом, после этой процедуры ни в одном гене бактерии аргинин не будет закодирован буквами АГА или АГГ, вместо них биологи впишут другие буквы, тоже означающие аргинин.

Ровно это и сделали исследователи. И аргинином они не ограничились: еще заменили синонимами два кодона лейцина, два кодона серина и один из трех стоп-кодонов, означающих конец белковой цепочки.

Итого в отредактированной таким образом бактерии из 64 кодонов при деле остались всего 57. Остальные семь больше не употреблялись этой тварью, хотя и сохранили вполне понятный для нее смысл (как слово «кассетник» больше не используется в русском языке). Масштаб работы поражает воображение: было заново переписано 3,8% бактериального генома.

Остается понять, зачем это надо.

Ну, например, вот зачем: освободившиеся слова можно теперь использовать для чего-то другого. Например, оставшуюся не у дел клеточную машинерию можно научить включать в белки какую-нибудь аминокислоту, которые обычно в белках не используются, например, аллиин или орнитин. Зачем нам могут понадобиться подобные монструозные белки — это ученые придумают позже, но сама возможность таких фокусов открывает большие перспективы.

Но главное — представьте себе, в каком положении оказываются вирусы, вздумавшие атаковать эту клетку. Они-то, бедные, ни сном, ни духом — в их генах аргинин по-прежнему закодирован всеми шестью возможными кодонами. А клетка, которую мы смастерили, будет засовывать в вирусные белки совсем другие аминокислоты, от которых эти белки с большой вероятностью окажутся бесполезными. И на этом история этого вируса закончится. А на земле появится новое поколение живых существ — радикально улучшенных по сравнению с созданными Богом аналогами.

Нет у биологов, конечно, таких планов — сделать бактерию, невосприимчивую к вирусам. Зато в отдаленном будущем они могут задуматься о том, чтобы сделать невосприимчивым к вирусам самих себя и своих братьев-людей. Человеческий геном, конечно, будет побольше бактериального раз этак в семьсот. Но и наука не стоит на месте: работа по редактированию генов, подобная этой, еще 10 лет назад была немыслимой по трудоемкости и дороговизне. А что будет еще через 10 лет, и представить себе невозможно.

Впрочем, у Крейга Вентера-то как раз некоторые идеи на этот счет есть. Этим летом он объявил о намерении синтезировать человеческий геном. Ни много ни мало написать его заново. И уж тогда-то можно будет вставить туда любые феньки, опробованные на кишечной палочке, в том числе и эту — с перепрофилированием кодонов.

Ужас, в какое время мы живем. Будем надеяться, что Крейгу такие штучки делать запретят. Искусственных людей — без папы, без мамы, без корней и устоев — нам тут совсем не надо. Хотя, с другой стороны, знание о том, что такое возможно, как-то приподнимает над землей. Делает жизнь лучше. Затем, наверное, Крейг Вентер все это и затевал.

Комментировать Всего 3 комментария
«а для этого просто должна произойти мутация всего в одной молекуле, тРНК»

Грубая ошибка автора (то есть моя). Это верно только в нескольких специальных случаях. Приношу свои извинения.

IMHO, клетка со словарем кодонов, редуцированным с 64 до 20 аминокислот будет устойчива к вирусам только до появления первого вируса с таким же редуцированным словарем. И как только такой вирус появится - последствия окажутся еще более разрушительными, чем в обычных клетках. А вирусы мутируют быстро :-(.

А вот использовать освободившиеся слова для кода Рида-Соломона было бы здорово - полуцилась бы самовосстанавливающаяся ДНК :-) Или хотя бы заблокированая - при несовпадении контрольной суммы - синтез белковой цепочки прекращается, и вместо вредного белка получаются только мелкие ошметки. :-)

Только каким местом клетка будет все это делать?И каким местом клетка знает, какая аминокислота соответствует какому кодону? (мне раньше казалось, что выбор аминокислоты зависит только от самого кодона, не от какого-то механизма в клетке? - тут, правда, не знаю!)

В том-то и фокус, что мутагенезом такого можно добиться только за много-много шагов, каждый из которых не поддержан отбором. И даже если вирус проделает этот путь (а у бактерии, как сказано в тексте, для этого пришлось изменить 3,8% генома), польза от этого неочевидна. 

Второй вопрос не очень понял. Выбор аминокислоты зависит от фермента, аминоацил-тРНК-синтетазы. Каждая АА-тРНК-синтетаза узнает свой тип тРНК и прикрепляет к ней свою аминокислоту. При этом на тРНК есть первичный участок узнавания, но большинство АА-тРНК-синтетаз еще и проверяют антикодон (в чем и состоит моя ошибка в тексте).

Эту реплику поддерживают: Orla Colgan