Крейг Вентер: Создание искусственной клетки

В исследованиях, посвящённых созданию искусственных форм жизни для производства лекарственных препаратов, вакцин и топлива, произошёл важный прорыв. Крейг Вентер, американский генетик, биолог и бизнесмен, заявил о создании им искусственной клетки. Вентер прославился своими успехами в расшифровке генома человека, предложив затем эту услугу всем желающим за деньги. В научном мире учёный слывет авантюристом, но его открытие вызвало благоприятные и даже восторженные отзывы генетиков всего мира. Сейчас Вентер — признанный лидер самых радикальных и перспективных направлений современной генетики.

Фото: создание искусственной клетки, интересные факты

Лекарства: химия, органика, генетика

Подход Крейга Вентера к созданию синтетической живой клетки заключается в том, чтобы с нуля построить новый организм с заданными свойствами. Понятно, что технически это очень сложное дело. Вентер с коллегами работает над переносом генетического материала из бактерий одного вида в другой, чтобы добиться более быстрого их роста и получения нужных веществ в больших количествах. Но, кстати, пока ещё не совсем ясно, чем с практической точки зрения этот подход лучше, чем уже давно разработанные и с успехом применяемые методы генной инженерии штаммов бактерий.
Как известно, лекарственные препараты можно получить несколькими способами. Первый — это далеко не всеми любимый химический метод. О нём многие наслышаны. Второй — выделение действующих веществ из растений и органов животных. Что же касается третьего, то тут надо произвести небольшой экскурс в основы биологической науки.

Микробы — на службу человечеству

Бактерии, которые обитают в окружающем мире и в нас самих, живут по своим законам. То есть создают в собственных клетках те вещества, которые необходимы для их, бактерий, существования. Но человек может заставить микроорганизмы синтезировать нужные ему молекулы, причём в огромных количествах. Конечно, это не так просто. Многие поколения учёных пытались поставить микробы на службу человечеству. И в настоящее время в этом деле достигнуты определённые успехи. В основном благодаря генной инженерии.
Наследственный материал любого живого организма на Земле состоит из генов, а они в свою очередь из нуклеотидов. Современная наука может достаточно легко манипулировать с генами бактерий. Например, ученые группы Фаррена Айзекса из Гарвардской медицинской школы немного меняют нуклеотиды в генах или группах генов для улучшения старых или появления совершенно новых свойств бактерий. Этот метод, по мнению авторов, найдёт широкое применение в химической промышленности, фармацевтике и других областях, где требуется крупномасштабный синтез сложных биоорганических соединений.

Полезный ликопин

В недалёком прошлом, да и сейчас, в некоторых лабораториях учёные используют стратегию последовательного изменения генов. Это означает, что в наследственный материал нужной бактерии вводится одна конкретная мутация. Затем проверяется, приобрела ли клетка требуемые свойства. Если что-то получилось, то процесс повторяется. А если нет, то, как говорится, начинай сначала. Такой подход очень трудоемок и занимает длительное время. Более того, изменение в одном гене может повлиять на функционирование другого, а мутация в третьем — и вовсе свести на нет все предыдущие успехи. Все сложности устройства наследственного материала живых организмов пока не позволяют учёным выработать некую общую теорию генной инженерии, и потому каждую конкретную биотехнологическую задачу приходится решать дорогостоящим методом проб и ошибок. Группа Фаррена Айзекса сделала этот подход необычайно продуктивным.
Самая хорошо изученная и часто используемая в науке и промышленности бактерия — Escherichia coli, или кишечная палочка. Природные штаммы этой бактерии производят вещество ликопин, но в весьма небольших количествах.
Он обладает антиоксидантными свойствами и родственен химическим веществам, применяемым в лечении рака. Поэтому было бы очень полезно заставить бактерии синтезировать ликопин как основной белок, то есть в большом количестве. Известно, что за синтез этого полезного вещества отвечают 24 различных гена из 4500 генов Escherichia coli. И вот, вместо того чтобы проводить по одной замене в генах, как делается обычно, учёные решили вводить в гены сразу большое количество мутаций.

Нужны «успешные» клетки!

Это внедрение происходит случайным образом, и в результате некоторые бактерии перестают синтезировать ликопин, а некоторые получают возможность нарабатывать его гораздо эффективнее. Остаётся только отобрать наиболее «успешные» клетки, что делается автоматически с помощью прибора, фиксирующего интенсивность окраски штаммов, так как ликопин имеет красный цвет. После первого этапа прибор отбирает штаммы, эффективнее всего синтезирующие ликопин (с наиболее яркой окраской), и цикл внедрения в бактерии новых случайных мутаций производится вновь.
В итоге за три дня непрерывной работы установки по внедрению случайных мутаций в Escherichia coli исследователи сумели заставить бактерии производить ликопин в 500 раз эффективнее, чем природные штаммы.
Учёные ускорили эволюцию бактерий за счёт искусственно введённых мутаций и тестирования 15 миллиардов генетических вариантов Escherichia coli. С помощью последовательного процесса генного модифицирования эта работа растянулась бы на годы.
— Я считаю, что подобный подход будет очень широко применяться в будущем и в таких вариантах, которые мы сейчас даже и не можем предположить, — говорит Фаррен Айзеке.

Семейные скандалы и мечта воров

Серьёзные генетические отклонения у людей встречаются достаточно редко, но уж если встречаются, то способны серьёзно усложнить имеющим их людям жизнь в обществе.
Например, в 2002 году американка Лидия Фэйрчайлд при разводе с мужем сделала анализ ДНК, который показал, что женщина… не приходится матерью двум собственным детям. Пока суд да дело, Лидия родила третьего (ещё до процедуры развода она была беременна). Анализ крови, взятый у новорождённого, показал, что и он не является её ребёнком.
Как это может быть? Аппаратура врёт? Но аппаратура оказалась исправной, а дальнейшие исследования показали, что сама Лидия представляет собой очень странный симбиоз, развившийся из слияния на ранней стадии развития двух оплодотворенных разными сперматозоидами яйцеклеток и имеющий разные последовательности ДНК в разных тканях. То есть, грубо говоря, Лидия состоит из двух цепочек ДНК, и те фрагменты, что брались у неё на анализ, в корне отличаются от тех, что получили её дети.
Ещё одна редкая мутация в генах может привести к отсутствию у человека отпечатков пальцев. Эта болезнь, а точнее отклонение, называется адерматоглифия. Недавно женщина из Швейцарии с такой особенностью не смогла пройти таможенный контроль, и в результате её не пустили в США. В настоящее время во всём мире известны только четыре семьи, у которых выявлено это отклонение.

Живые светильники

В 2006 году тайваньские учёные вывели зелёных светящихся поросят. Для этого в ДНК эмбриона ввели ген зелёного флуоресцентного белка, в свою очередь взятого у флуоресцирующей медузы. Интересно, что животные светятся не только снаружи, но и внутри.
Разумеется, опыты проводились не для того, чтобы поросята-мутанты освещали собой собственный свинарник. Дело в том, что при пересадке внутренних органов очень желательно визуальное наблюдение за тем, как эти органы приживаются (или наоборот — отторгаются). А когда организм светится изнутри, то и весь процесс адаптации виден как на ладони.
Южнокорейские генетики пошли ещё дальше. Они вывели линию клонированных собак, которые светятся под воздействием ультрафиолета, если в их организме присутствует специальное вещество, которое вводится вместе с кормом. В отличие от тайваньских поросят, эта способность передалась от самки некоторым её щенятам уже без всякого вмешательства генетиков.
Данное исследование имеет большие перспективы для борьбы с заболеваниями человека. Ведь собакам тоже присущи многие из них, а ген свечения может быть заменён любым другим геном.

Журнал: Тайны 20-го века №7, февраль 2012 год
Рубрика: В лабораториях
Автор: перевела с английского Ирина Бахланова

Метки: жизнь, Тайны 20 века, мутация, генетика, синтез, Вентер, бактерия, геном



Telegram-канал Багира Гуру


Исторический сайт Багира Гуру; 2010 —