Ця історія почалася три роки тому, коли вчені збільшили кількість літер, з яких може складатися алфавіт ДНК. Молекула ДНК слугує для запису генетичної інформації у кожній клітині організму.
Генетичний код будь-якої живої істоти складається з чотирьох літер або азотних основ – аденіну, гуаніну, тиміну та цитозину. Аденін завжди йде в парі з тиміном, а гуанін з цитозином. Ці дві пари, що йдуть в унікальній послідовності, обумовлюють усі функції та риси нашого організму: те, як ми виглядаємо, поводимося, на що хворіємо і т. д.
Основою для штучної ДНК стала природна ДНК, до якої додали зайву синтетичну пару азотних основ. Можна сказати, що до алфавіту життя, який складається з чотирьох літер (або п’яти, якщо взяти до уваги те, що в молекулі РНК тимін заміняє урацил), додали ще дві.
Вчені стверджують, що ці експерименти відкривають шлях до творення штучних організмів, чиї властивості можна запрограмувати відповідно до наших потреб.
Штучну пару азотних основ ще три роки тому створила команда біологів на чолі з професором Фройдом Ромесбергом з Дослідницького інституту ім. Е. Скріппс в Каліфорнії. У ЗМІ їх називають X і Y. Тепер вчені пішли на крок далі і запровадили ці штучні літери в геном живого організму – бактерії E. coli.
Синтетична біологія – це нова галузь науки, яка активно розвивається. Спочатку у неї мало хто вірив. Писали навіть, що це science fiction для фанатиків, які мріють створити штучне життя і стати Господом Богом. Але сьогодні вчені дедалі переконливіше доводять, що фікція поволі стає реальністю. Свої дослідження вони мотивують не лише прагненням глибше пізнати феномен життя, але й потребою рухати світ до нових науково-технічних горизонтів.
«Сьогодні на Землі живуть 7 млрд. людей, а незабаром нас буде вже 9 млрд. Вже зараз населення планети важко забезпечити їжею, чистою водою та енергією, не кажучи вже про якісну медицину. Щоб вижити, людству гостро потрібні нові технології», – каже гуру синтетичної біології і візіонер Крейґ Вентер.
Творення живих організмів з напівштучною ДНК може започаткувати справжні бум у генній інженерії. З часом, можливо, вчені зможуть створювати нові амінокислоти і навіть білки з можливостями, про які ми сьогодні навіть не підозрюємо. Комбінації з чотирьох літер ДНК здатні утворювати 20 амінокислот, а шість літер збільшує їх кількість до 172! Важко навіть подумати, які різноманітні властивості могли б мати ці амінокислоти і білки, які з них складатимуться. Сьогодні ми ще на крок ближче до цієї візії.
Команда на чолі з Флойдом Ромесбергом повідомляє, що нарешті створила перший у світ напівсинтетичний організм – бактерію E. coli – з шестилітерним генетичним кодом. Щонайцікавіше, живеться цій бактерії цілком добре. «У нашій лабораторії зараз живе перший у світі напівсинтетичний організм з генетичним кодом, який складається з двох пар, які існують в природі, і додаткової штучної пари. Це те саме, ніби на Землі мешкав би Чужий. Він, однак, не прилетів з космосу, а був створений у нашій лабораторії», – каже проф. Ромесберг.
Три роки тому спроба виростити бактерії з напівштучним генетичним кодом завершилась фіаско. Бактерії вийшли слабкі і нежиттєздатні. Вони гинули відразу після того, як їм впроваджували нову пару і не могли втримати її в своєму генетиному матеріалі під час клітинного поділу. Тож команда Ромесберга поставила собі за мету створити організм, який міг би провадити з новим геномом цілком нормальне, здорове життя. І це їм вдалося!
Для цього вченим потрібно було спершу удосконалити інструменти транспортування штучних основ до молекули ДНК і їх поміщення в потрібному місці. «Транспортер, який ми використовували у 2014 р., виявився занадто токсичним для бактерії», – каже член команди дослідників Йорк Жан. Знайшовши йому менш токсичну заміну, вчені змінили частку, яку спершу використовували для творення основи Y. Нову частку легше розпізнавав бактеріальний ензим, який синтезує ДНК під час процесу реплікації (дублювання генетичної інформації). Зрештою команда використала революційний засіб редагування генів CRISPR-Cas9, щоб клітини E. coli не трактували чужорідних частинок як «іноземних загарбників». Живі організми мають механізми, які боронять від таких модифікацій, адже віруси охоче вбудовуються в бактеріальні ДНК й розмножуються, користуючись процесами реплікації самої бактерії.
Напівштучний організм? Це звучить трохи страшно. Не тільки для нас, причому не тільки для пересічних людей, але й для вчених. Вже у 2014 р. науковий аналітик Джим Томас з канадської організації ETC Group, яка відслідковує проблеми, по’язані з впровадженням нових технологій, сказав в інтерв’ю «The New York Times»: «Поява нових форм життя може мати несподівані етичні і правові наслідки. Біологи вже створюють синтетичні організми та вигадують неймовірні способи маніпуляції самими підставами життя, а уряди не в змозі створити навіть загальні підстави законодавства з нагляду, оцінювання та регуляції таких істот». Тоді штучні бактерії E. colі ніяк не хотіли виживати, а тепер вони живі і цілком здорові.
За словами проф. Ромесберга, причин для побоювань немає, адже синтетична пара основ, яку вмонтували в ДНК, не виконує жодних в організмі жодних функцій. Існування цих бактерій – це лише доказ того, що вчені готові створювати такі форми життя. Вони, однак, вже готуються до того, щоб поміщати в геном основи, які клітинні органели зможуть відчитувати і перетворювати на білки. Крім того, азотні основи X і Y пристосовані лише до клітин прокаріотів. В природі не існує жодних ензимних механізмів, здатних транспортувати їх до клітин еукаріотів, зокрема людини.
Хоча багато вчених та аналітиків мають застереження, немає сумніву в тому, що команда Ромесберга працюватиме і надалі над удосконаленням цієї технології в надії, що штучні організми приноситимуть користь, а не шкоду людству. Чи справді це вдасться? Судячи з ентузіазму науковців, довго чекати на це не доведеться.
Результати їх експериментів опубліковані в журналі Proceedings of National Academy of Sciences.
Margit Kossobudzka
Pierwszy półsyntetyczny organizm na Ziemi. Szansa czy... zagrożenie dla ludzkości?
Wyborcza.pl 31/01/2017
Зреферував Євген Ланюк
05.02.2017