Карл Циммер - Микрокосм. E. coli и новая наука о жизни

Начиная с 2001 г. Дрю Энди и Том Найт из Массачусетского технологического института создают генетический банк для синтетической биологии. Если вам понадобится добавить к своей схеме переключатель, вы сможете поискать его на сайте BioBricks, загрузить на свой компьютер необходимую последовательность ДНК, заказать соответствующие фрагменты ДНК через биотехнологическую фирму и ввести их в клетку E. coli. На текущий момент в каталоге BioBricks содержится более 160 готовых схем; это не только упрощает исследования в области синтетической биологии, но и способствует развитию соответствующего профессионального сообщества. Энди и Найт организовали на базе BioBricks ежегодный конкурс по синтетической биологии среди студентов. Студенты тоже добавляют в банк новые фрагменты генетического материала, открывая дорогу будущим изобретениям.

Но дальнейшие попытки специалистов построить более масштабные схемы могут встретить на своем пути новое препятствие: саму E. coli. Несмотря на все усилия ученых, многое в этом микроорганизме до сих пор непонятно. Шестьсот его генов остаются полнейшей загадкой. Особенно туманна структура его генетической сети. Ученые могут распознать большинство транскрипционных факторов [30] Белки, контролирующие процесс синтеза мРНК (транскрипцию) путем связывания с определенными участками ДНК. — Прим. ред. E. coli , то есть большинство белков, включающих и выключающих гены. Но о том, чем эти гены управляют, известно гораздо меньше. А то, что специалисты знают о E. coli наверняка, иногда очень их расстраивает.

Управляющие схемы E. coli перекрывают друг друга, образуя такую путаницу, какую не сконструировал бы ни один уважающий себя инженер. Очень трудно предсказать, как дополнительные цепи, введенные человеком, изменят общее поведение такой сложной и запутанной системы.

Некоторые специалисты по синтетической биологии считают, что преодолеть слабости E. coli можно, только если разобрать ее на части и собрать заново. В Гарвардском университете, к примеру, Джордж Чёрч с коллегами уже составил список из 151 гена, которых, по их мнению, было бы достаточно для живого организма. Механизм действия этих генов, которые в основном взяты у E. coli и ее вирусов, ученые понимают хорошо. Составленная из них система вроде бы не должна таить особых загадок. Чёрч надеется искусственно собрать из этих основополагающих генов полноценный геном и, совместив их с мембраной и рибосомами (их задача — строительство белков), создать живой организм. Назовем его E. coli 2,0.

Тем временем Альберт Либхабер из Университета Рокфеллера предпочел еще более простой подход. Вместе с коллегами он приготовил раствор, содержащий рибосомы и некоторые химические вещества, которые можно обнаружить в клетках E. coli. Вместо полного генома они создали всего лишь небольшие плазмиды. Затем они заключили гены и молекулы в искусственную двухслойную фосфолипидную оболочку, добавив необходимые для этого вещества. Команда Либхабера обнаружила, что эти пузырьки способны жить — по крайней мере несколько часов. В одном из генов, добавленных Либхабером в плазмиды, был закодирован белок, формирующий поры в мембране. Протоклетки считывали этот ген, строили молекулы соответствующего белка и встраивали их в мембрану. Образовавшиеся поры позволяли аминокислотам и другим небольшим молекулам проникать внутрь протоклетки, но не выпускали наружу плазмиды и другие крупные молекулы. Чтобы отследить производство новых молекул белка, ученые добавили в плазмиды ген, взятый у жука — светляка. Протоклетка светилась холодным зеленоватым светом. Либхабер не называет свое творение живым организмом. Он предпочитает термин «биореактор». Переход от биореактора к настоящей жизни потребует дополнительных усилий, и немалых. Либхаберу и его коллегам придется по крайней мере добавить некоторое количество генов, чтобы обеспечить биореакторам возможность деления на новые биореакторы.

Чёрч и Либхабер только начинают разбираться в том, как следует использовать E. coli при создании новых живых систем. Они не могут просто собрать в одном месте ДНК и другие необходимые молекулы и оставить их в покое, чтобы они ожили самостоятельно. Жизнь не похожа на компьютер, который загружается просто по нажатию кнопки. Каждая живущая сегодня E. coli происходит от предка, у которого, естественно, тоже есть предки. Все это вместе образует непрерывную биологическую реку, текущую уже не один миллиард лет. Жизнь — такая, какой мы ее знаем — всегда была частью этой реки. Но в будущем нам, возможно, удастся организовать собственную протоку.