Юный техник, 2005 № 06 - [4]
Так постепенно, методом проб и ошибок ученые строят фундамент нового направления в генной инженерии — синтетической биологии. Они учатся создавать искусственные живые системы, которые смогут обладать заранее заданными свойствами. Заменяя детали ДНК, а в некоторых случаях просто используя расширенный или измененный генетический код, исследователи получают результаты, принципиально недостижимые методами обычной биологии.
Дрю Энди и его «библиотека».
Начало синтетической биологии, напомним, было довольно скромным. В 1989 году Стивен Беннер, работавший тогда в одной из исследовательских лабораторий Цюриха, создал искусственную ДНК, содержащую, кроме четырех известных «букв» генетического алфавита — аденина, гуанина, цитазина и тимина — еще две, ранее неизвестные.
Работа Беннера вызвала жаркие споры. Его сторонники полагали, что ученый осуществил своего рода революцию в биологии. До сих пор генетики манипулировали лишь отрезками генов, переставляя их местами или заменяя одни на другие. То есть они как бы редактировали некий текст, переставляя и заменяя в нем лишь некоторые «слова». Беннер же предложил модернизировать саму азбуку, добавив в генетический алфавит новые, ранее неизвестные буквы, расширив тем самым его возможности в образовании новых слов.
Оппоненты же полагали такую модернизацию излишней. Уж если природа ограничилась в своей генетической азбуке всеми четырьмя буквами, значит, этого вполне достаточно. Ведь даже при этом, казалось бы, ограниченном наборе комбинации генов в ДНК исчисляются невероятно большими числами.
Однако Беннер и его сторонники не сдавались. И напомнили, что некогда люди считали вполне возможным обходиться лишь натуральными волокнами — льном, хлопком, пенькой, паутиной, наконец… Но когда химики синтезировали нейлон, капрон, дакрон, тефлон и другие синтетики, оказалось, что и они вовсе не лишние. Так что и природу можно бы сделать богаче.
Схема работы биологического миноискателя. Как видите, на рисунке все выглядит довольно просто.
Споры, впрочем, через некоторое время утихли сами собой. Выяснилось, что мало придумать новые генетические «буквы», «сконструировать» с их помощью новые «слова» — в данном случае, новые структуры ДНК.
Нужно еще, чтобы эти слова-структуры прижились. Ведь чтобы заработала радиосхема, недостаточно собрать в горсть радиодетали. А в природе все сложнее. Многие из новых, синтетических ДНК попросту не функционировали, никак не хотели вырабатывать белки. Лишь в самом конце прошлого столетия Питер Шульц из Океанографического института Скриппса, США, смог вырастить клетки, которые начали синтезировать аминокислоты, отличавшиеся от природных, и соединяли их друг с другом с образованием необычных белков. А дальше — больше.
В 2000 году появились две научные публикации, рассказывающие о создании синтетических «механизмов», полученных путем встраивания нуклеотидных последовательностей в однотипные клетки бактерии Escherichia coli (обычного представителя кишечной флоры человека). Причем, несмотря на одну и ту же схему построения, «механизмы» эти выполняли совершенно разные функции.
Так, устройство Майкла Эловица и Станислауса Лейблера из Принстонского университета, состоявшее из трех взаимодействующих генов, заставляло ритмично вспыхивать несущую его клетку. То есть, говоря попросту, сама клетка становилась похожей на крошечную лампочку елочной гирлянды или на «фонарик» светлячка.
А Джеймс Коллинз, Чарлз Кантор и Тимоти Гарднер из Бостонского университета сконструировали генетический тумблер, переключение которого из одной позиции в другую обеспечивала цепь отрицательной обратной связи из двух взаимодействующих генов. Таким образом, каждая бактериальная клетка, снабженная подобным устройством, приобретала свойства ячейки цифровой памяти.
Полученные результаты и воодушевили, и урезонили исследователей. Ведь на то, чтоб создать генетический тумблер, понадобился год, а на конструирование «подмигивающей» бактериальной клетки — два. Однако до сих пор никто не знает, как объединить эти два устройства, чтобы получить светящуюся бактерию, которая бы, подобно обычной лампочке, включалась и выключалась по команде.
Оборудование генетиков с каждым днем становится все сложнее.
«Лично я мечтаю, чтобы конструирование предсказуемых биологических систем из отдельных блоков стало обычным делом, — говорит Энди. — Предположим, я хочу создать организм, умеющий считать до 3000. Подхожу к полке с набором готовых генетических деталей, выбираю необходимые, соединяю их в определенном порядке — и через час, а еще лучше через несколько минут все готово!»
Правда, четыре года назад даже о существовании подобного рода элементов можно было только мечтать. А сегодня только у Энди их целый набор. И число флаконов все увеличивается…
Скажем, в прошлом, 2004 году Милан Стоянович из Колумбийского университета получил набор пробирок из ДНК-подобных молекул, которые способны играть на химическом уровне в известные всем «крестики-нолики».
Но это все — игрушки. Практическая цель биологов-синтетиков — создать генетические устройства, встраиваемые в клетки, которые бы могли выполнять практические задачи.
