Человек синтезировал жизнь с искусственной ДНК
Ученые синтезировали искусственную ДНК, при помощи которой превратили один вид бактерии в другой. Синтетическая бактерия не только ожила, но и начала размножаться.
Впервые ученые получили клетку, живущую под контролем искусственного генома. Достижение принадлежит, как и следовало ожидать, Крейгу Вентеру (Craig Venter), это известный американский ученый и бизнесмен, расшифровавший геном человека и лидирующий в создании синтетической жизни.
Ранее группа Крейга Вентера уже синтезировала бактериальный геном из отдельных нуклеотидов. Они выбрали для этого самый маленький на свете геном (менее 600 тыс. пар оснований) бактерии Mycoplasma genitalium -- возбудителя венерического заболевания. Вскоре после этого им удалось перенести целый геном из одной бактерии в другую. Теперь же ученые объединили эти достижения и наделили бактерию чужим геномом, но не природным, а искусственным. А так как искусственный геном в клетке успешно прижился и формирует ее по своей программе, Крейг Вентер говорит о создании синтетической клетки.
Сборка генома из маленьких деталей
Дизайн искусственного генома ученые получили из секвенирования последовательности ДНК двух лабораторных линий бактерии M. mycoides. Синтез ДНК по этому дизайну проходил в несколько этапов. Сначала из отдельных нуклеотидов биологи собрали короткие последовательности -- кассеты длиной около тысячи пар оснований. Для того чтобы соединить эти кассеты в более длинные последовательности, ученые привлекли клетки дрожжей и кишечной палочки E. coli. В этих клетках работали ферменты, которые сшивали последовательности и размножали их -- клонировали. Так люди получили сначала фрагменты длиной 10 тыс. пар оснований, потом -- 100 тыс. пар оснований и, наконец, целую бактериальную ДНК длиной 1,08 млн пар оснований.
Рукотворный геном имеет степень защиты
Искусственный геном практически не отличался от природного генома M. mycoides, за исключением нескольких деталей. Порядка 40 генов во время переноса приобрели мутации (то есть оказались повреждены), но эти гены не были критичны для жизнедеятельности. В то же время, подчеркивает Вентер, ошибка в одном ключевом гене оказалась очень существенной и затормозила работу на некоторое время, до тех пор пока ее не устранили. А чтобы отличить искусственный геном от естественного, создатели пометили его четырьмя последовательностями -- нанесли подобие водяных знаков для идентификации.
Бактерию превратили в другой вид
Затем ученые перенесли синтетический геном в клетку другой бактерии Mycoplasm capricolum, предварительно лишив ее собственного генома. При этом они учли опыт предыдущего переноса, когда столкнулись с проблемой: ферменты клетки-реципиента разрезали донорский геном на куски. Биологи выяснили, что в бактериальной клетке ДНК метилируется и тем самым защищается от разрушения. Люди научились проводить искусственное метилирование ДНК и использовали его на этот раз.
Под влиянием пересаженного генома бактерия M. capricolum фактически превратилась в бактерию M. mycoides. Анализ показал, что она стала синтезировать белки, характерные для M. mycoides. Самое главное, что бактериальные клетки размножались -- колонии росли. А значит, искусственная ДНК оказалась способна воспроизводить себя, как при любом клеточном делении. Дочерние клетки не имели ничего общего с бактерией-реципиентом и по всем чертам принадлежали к M. mycoides.
Зачем нужна синтетическая жизнь
Вентер считает, что успех создания клетки с синтетическим геномом поможет пониманию сущности жизни. Но главное -- перед методом открываются захватывающие практические перспективы.
«Мы получаем возможность не модифицировать существующие геномы, а создавать новые, вычисляя их на компьютере, -- считает Вентер. -- То есть мы сможем писать инструкции и создавать новые формы жизни по этим инструкциям».
Ученые считают, что таким путем можно было бы, например, получить водоросли, которые, поглощая углекислый газ, синтезируют новые углеводороды, полезные для топливной промышленности. А также наладить производство вакцин, создавать искусственные компоненты пищи, очищать воду и т. д. Существенно, что синтез искусственной ДНК, очевидно, со временем будет дешеветь такими же темпами, что и секвенирование геномов.