После новогодних возлияний жизненные потребности многих людей предельно упрощаются, сводясь к покою и рассолу. Это ли не повод поговорить о простоте жизни? Как водится, подходить к вопросу мы будем с научной точки зрения, а поэтому человек как объект нам не подходит — он даже с бодуна слишком сложный. Говорить мы будем о бактериях, причем не о простых, а «минимальных» — самых простых живых организмах в мире, геном которых был сконструирован и изготовлен искусственно.<p «=»»>Новость о создании этих бактерий уже довольно баянистая (датируется 2016 г), но от этого она не стала менее значимой. Это достижение перекликается с недавно анонсированной частично синтетической бактерией, но используемые подходы немного отличаются. В случае «синтетической бактерии» в ДНК «дикой» бактерии введены искусственные гены, содержащие совершенно новые, нигде в природе не встречающиеся, «буквы» генетического кода. В отличии от этого, ДНК «минимальной бактерии» состоит из самых обычных «букв», которые используются всеми живыми организмами, но набор ее генов сконструирован на компьютере, а вся ДНК «напечатана» искусственно.

Бактерии — самые древние и самые простые живые организмы на Земле. Они появились около 4 миллиардов лет назад и благополучно дожили до наших дней. За миллиарды лет эволюции бактерии освоили все мыслимые среды обитания от горячих источников, до кишечника коровы, научились синтезировать и расщеплять колоссальный арсенал химических веществ и даже встроились во все клетки животных и растений в виде митохондрий и хлоропластов.

Не смотря на то, что бактерии неизмеримо проще любой животной клетки, их геном, не так просто как кажется. В нем есть куски привнесённые вирусами, гены, которые работают только в каких-то очень специфических условиях, гены, которые включаются для борьбы с другими бактериями и даже некий аналог имуннитета — система CRISPR, которую исследователи нагло спёрли у бактерий и с помощью которой сейчас творят невообразимые вещи в генной инженерии.

Ученые давно задумывались над тем, как должна выглядеть простейшая живая клетка. Ясно, что это должна быть бактерия, но какой именно минимальный набор генов должен в ней присутствовать? Еще в 1995 году биолог Крейг Вентер и его коллеги создали специальный институт, целью которого было, ни много ни мало, создание искусственных бактерий с нужными человеку свойствами. Подход они избрали достаточно логичный. Они решили сначала выкинуть из генома бактерии абсолютно все лишнее, оставив самый-самый минимум необходимый для жизни, а потом вводить в такой минимальный организм нужные искусственные гены.

Для подобного издевательства взяли бактерию Mycolasma mycoides, с одним из самых маленьких из всех известных геномов, и начали методично выкидывать из него «лишние» гены. Попутно исследователи сделали несколько эпохальных прорывов:

  • В 2007 г они смогли превратить один вид бактерий в другой пересадив ДНК между их клетками
  • В 2010 г вся ДНК бактерии была синтезирована искусственно «в пробирке» и подсажена в бактериальную клетку, которая стала делиться как ни в чем ни бывало.

Освоив таким образом технологию искусственного синтеза полного генома бактерий команда Вентера начала развлекаться уже по полной. Такой подход позволял создавать на компьютере абсолютно любой геном, выкидывая из него любые гены в любых комбинациях, а потом «печатать его», подсаживать в бактериальные клетки и смотреть выживают ли они с таким набором генов.

Здесь остановитесь, выдохните, и вдумайтесь: «печать» полного генома живого организма по компьютерному «эскизу» — это уже реальность! Пока это только бактерия, но лиха беда начало.

Сначала команда Вентера пыталась сделать «по-умному»: выявить те гены, которые есть у абсолютно всех живых организмов (а стало быть обязательны для жизни), а потом оставить у подопытной бактерии только их. Однако факир был пьян и фокус не удался — такие бактерии не выживали. Как оказалось наше понимание принципов работы клеток все еще недостаточно чтобы четко определить, что нужно для выживания клетки, а что нет.

Пришлось плюнуть и действовать методом проб и ошибок, выкидывая наугад те гены, функция которых была непонятна и которые потенциально могли бы быть лишними. Не буду описывать все сложности и детективные перипетии этой работы, тем более что это уже сделал прекрасный популяризатор Александр Марков.

В сухом остатке в 2016 г. удалось создать «минимальную бактерию», геном которой содержит всего лишь 473 гена (для сравнения у человека — около 60 тысяч, а у предковой бактерии было около тысячи).

473 гена — это очень-очень мало. Каждый из них можно исследовать отдельно, проследить что за белок он кодирует и для чего он нужен клетке. Не смотря на это, функции аж 149 из 473 остаются совершенно неизвестными. Выходит, что не смотря на всю неимоверную крутость проделанной работы, мы все еще многого не знаем о функционировании даже такой наипростейшей живой клетки.

Работа по издевательству над «минимальной бактерией» продолжается. Приоритетная цель — понять функцию всех ее генов, по возможности выкинуть еще парочку из них, а потом начать созидать: создавать искусственных бактерий с нужными свойствами. Поскольку компьютерное моделирование и синтез целых геномов уже поставлены на поток, то перспективы открываются головокружительные. По-сути команда Крейга Вентера уже имеет работающий «генетический принтер», который может в минимальные сроки «распечатать» любой бактериальный геном, который только может прийти в голову.

Если мы теперь опять вспомним о «синтетических бактериях» с новыми буквами генетического кода, то поймем, что человечество уже буквально топчется на пороге эры рутинного инженерного проектирования живых существ с нужными свойствами. Что именно она нам принесёт пока не совсем понятно, но скучно точно не будет. Возможно даже новогоднее похмелье научимся лечить.

Семен Єсилевський

Присоединяйтесь к группе Другой Взгляд на Facebook и следите за обновлениям