В исследованиях, посвященных созданию искусственных форм жизни для производства лекарственных препаратов, вакцин и топлива, произошел важный прорыв. Крейг Вентер, американский генетик, биолог и бизнесмен, заявил о создании им искусственной клетки.

Первая синтетическая бактерия

Вентер прославился своими успехами в расшифровке генома человека, предложив затем эту услугу всем желающим за деньги. В научном мире ученый 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.

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 еще 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 нем многие наслышаны. Второй — выделение действующих веществ из растений и органов животных. Что же касается третьего, то тут надо произвести не-
большой экскурс в основы биологической науки.

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, причем в огромных количествах. Конечно, это не так просто. Многие поколения ученых пытались поставить микробы на службу человечеству. И в настоящее время в этом деле достигнуты определенные 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, найдет широкое применение в химической промышленности, фармацевтике и других областях, где требуется крупномасштабный синтез сложных биоорганических соединений.

В недалеком прошлом, да и сейчас, в некоторых лабораториях ученые 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 ученым 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, ученые решили вводить в гены сразу большое количество мутаций.

Это внедрение происходит случайным образом, и в результате некоторые бактерии перестают синтезировать ликопин, а некоторые получают возможность нарабатывать его гораздо эффективнее. Остается 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.

Ученые ускорили эволюцию бактерий за счет искусственно введенных 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.
Перевела с английского И. БАХЛАНОВА. Тайны ХХ века.