Цитаты из генома, или Генетический конструктор
О том, как в Институте Вентера создали новую бактерию
Американское общество технологично. Лучшие умы со всего света создали в США критическую интеллектуальную массу во многих областях науки и техники. В «Технологиях» пойдет речь о них, но не только. Само понятие "технология" в Америке применимо буквально ко всему, в том числе к обществу. Новые материалы в рубрике «Технологии с Крыловым» каждую неделю по средам На днях американский генетик Крейг Вентер (Craig Venter) публично объяснил, какую цель он преследовал, вписывая в созданный им геном бактерии цитаты из произведений всемирно известных авторов. Одна из них взята из романа Джеймса Джойса «Портрет художника в юности»: «To live, to err, to fall, to triumph, to recreate life out of life». Еще одна принадлежит физику Ричарду Фейнману: «What I cannot build, I cannot understand». Последняя цитата оказалась неточной. Калифорнийский технологический институт, где преподавал Фейнман, прислал фото доски, на которой физик в действительности написал: «What I cannot create, I do not understand». С цитатой из Джойса дело обстоит сложнее. Правообладатели наследия ирландского писателя подали на Вентера в суд за нарушение копирайта. Воспользуемся этим информационным поводом, чтобы разобраться, чем же занимается Вентер в институте своего имени (J. Craig Venter Institute), и зачем это нужно. Эта «техносреда» – об искусственных геномах и записи информации в ДНК. Напомню, что геном – это длинные цепочки ДНК, состоящие из последовательности четырех разных элементов. Их принято обозначать А, Т, Г, Ц по первым буквам химических соединений, которые они собой представляют. Последовательность этих элементов определяет генетическую, т.е. наследственную информацию, которая передается при каждом делении клетки и переходит из поколения в поколение. Гены – это те участки ДНК, которые кодируют белки. Они наиболее важны, но занимают обычно лишь небольшую по длине часть генома, а основная его часть – последовательности, функция которых не вполне ясна на настоящий момент. Эти последовательности называют «некодирующими», и именно в них можно закладывать произвольную информацию в четверичном коде. У бактерий, так же как у человека, есть геном, который обеспечивает передачу генетической информации при каждом делении бактериальной клетки. Институт Вентера занимается созданием искусственных организмов, в которых геном представляет собой собранную человеком конструкцию. Замысел состоит в том, чтобы геном такого организма можно было проектировать в компьютерных программах, а сама эта операция напоминала бы сборку конструктора. Исследователи использовали бы существующие в природе гены и их кластеры, но сочетание этих генов и их регуляция (включение и выключение) проектировалось бы исследователем. Пока это только замыслы. На сегодняшний день Институт Вентера научился заменять геном бактерии на другой, искусственный геном. В частности, бактерия с цитатами из Джойса и Фейнмана была создана следующими образом. За основу была взята клетка бактерии Mycoplasma capricolum. Ее собственный геном был удален, а на его место поставлен другой, синтезированный искусственно. Важно отметить, что этот новый синтезированный в лаборатории геном, однако, не представляет собой «собранного конструктора». За основу взята близкородственная бактерия, Mycoplasma mycoides, и ее геном воссоздан в лаборатории с небольшими изменениями. Из него удалены гены, отвечающие за патогенность, и вставлены те цитаты, о которых речь выше. Когда искусственный геном был вставлен в клетку, она превратилась в бактерию нового вида. Само по себе это серьезное достижение, однако до создания организмов на основе генетического конструктора предстоит решить еще многие нетривиальные задачи. Их решение дело нескольких лет. Прежде всего, предстоит понять роль некодирующих участков ДНК и освоить регуляцию генов. Развитие технологий часто выводит их в новые сферы применения. Благодаря успехам в химическом синтезе и анализе ДНК сейчас начинают рассматривать как носитель информации вне биологических систем. Преимущества очевидны: точность записи и перезаписи, молекулярные размеры и соответствующая плотность информации и, что немаловажно, долговечность.