Рубрики
Нa прoшлoй нeдeлe, группa из 150 приглaшeнныx экспeртoв сoбрaлaсь вмeстe в Гaрвaрдe. Зa зaкрытыми двeрями oни oбсудили пeрспeктивы прoeктирoвaния и стрoитeльствa вeсь гeнoм чeлoвeкa «с нуля», испoльзуя тoлькo кoмпьютeр, синтeзaтoр ДНК и сырья. Зaтeм искусствeнный гeнoм ввoдится в живoй клeткe чeлoвeкa, чтoбы зaмeнить eгo eстeствeннoй ДНК. Нaдeюсь, чтo клeткa «aвтoмaтичeскaя пeрeзaгрузкa», измeнит eгo биoлoгичeскиe прoцeссы для рaбoты нa oснoвe инструкции из искусствeннoй ДНК.
Другими слoвaми, скoрo мы, вoзмoжнo, увидим пeрвый «искусствeнный чeлoвeчeскoй клeтки».
Нo цeль зaключaeтся не только в создании Человека 2.0. В рамках этого проекта«, — HGP-Write: Тестирование Large Синтетического Genomes в Cells», ученые надеются разработать новые мощные инструменты, которые будет толкать синтетической биологии экспоненциальное увеличение в промышленных масштабах. В случае успеха, не только обзаведемся органические средства для проектирования человеческого рода: мы имеем возможность переделать мир живых.
Создание жизни
Синтетическая биология-это, по сути, брак между принципами разработки и биотехнологии. Если секвенирования ДНК, предназначенный для чтения ДНК, генная инженерия и изменение ДНК, и синтетическая биология — программирование нового ДНК, независимо от его происхождения, с целью создания новых форм жизни.
Биологи синтетические видят в ДНК и гены стандартных биологических кирпича, которые можно использовать, как вы хотите, чтобы создание и изменение живых клеток.
В этой области существует концепция дизайна, — говорит доктор Джей Кислинг, пионер синтетической инженерии в университете Калифорнии в Беркли. «Когда ваш жесткий диск умирает, вы можете пойти в ближайший компьютерный магазин, купить новый, чтобы заменить старый, — говорит. — Почему бы не использовать органические части так же?».
Для ускорения прогресса в этой области, Кислинг и его коллеги собирают базы данных стандартизированных частей ДНК, которые получили название BioBricks («биокирпичики»). Могут быть использованы как элементы головоломки и собирать генетический материал, никогда не видел в природе.
Для Кислинга и других в данной сфере синтетической биологии, как разработка нового языка программирования. Клетки, оборудование, «железо», а ДНК-это программа, которая позволяет им работать. Имея достаточно знаний о том, как работают гены, биологи синтетические надеются, что смогут написать генетические программы «с нуля», создания новых организмов, изменить природу, а также направить эволюцию человека в новом направлении.
Как генная инженерия, синтетическая биология дает ученым возможность экспериментировать с естественной ДНК. Разница в масштабе: изменение генов-это процесс, «вырезать/вставить», что добавляет новых генов или изменение буквы существующих генов. Иногда меняются не так уж и много.
Синтетическая биология, с другой стороны, создает гены с нуля. Это дает ученым больше возможностей для редактирования генов, известных, или даже создать свой собственный. Возможности практически безграничны.
Биомедикаменты, биотоплива, биоурожай
Взрыв синтетической биологии в последние десять лет он уже принес результаты, которые вызывают восторг, как ученых, так и компаний. Уже в 2003 году Кислинг опубликовал одно из первых исследований, которые утверждают и доказывают силу этого подхода. Оно было посвящено вещество под названием артемизинин, мощный противомалярийный препарат экстракт из сладкого полынь (artemisia однолетний).
Несмотря на многочисленные попытки выращивать это растение, его урожайность остается крайне низкой.
Кислинг понял, что синтетическая биология предлагает способ обойти процесс сбора всех. Путем вставки генов в клетки бактерий, рассуждал он, можно превратить эти клетки в машины и оборудование для производства артемизинина и обеспечить за их счет новый богатый источник лекарства.
Сделать это было очень трудно. Ученые должны построить совершенно новый способ обмена веществ в клетке, позволяя обрабатывать химическими веществами, которые она прежде не знала. Методом проб и ошибок, ученые склеили вместе несколько десятков генов из нескольких организмов, в пакете ДНК. Установив этот пакет в и. coli — бактерия E. coli, как правило, используется в лаборатории для производства химических продуктов, — создали новый путь для бактерий, что позволило выделять артемизинин.
Еще немного подкрутив гайки, Кислингу и его команде удалось вырастить производства в миллион раз, и снизить цены на лекарства в десять раз.
Артемизинин был только первый шаг в обширной программе. Этот препарат представляет собой углеводород, принадлежащий к семейству молекул, которые часто используются для производства биотоплива. Почему бы не применить этот же процесс для производства биотоплива? Заменяя гены, с помощью которых бактерии произвели артемизинин, гены для производства биотопливных углеводородов, ученые уже сделали множество микробов, которые превращают сахар в топливо.
Сельскохозяйственная сфера — еще одна отрасль, которая может получить огромную пользу от синтетической биологии. Теоретически, мы могли бы взять гены, ответственные за азотфиксацию у бактерий, поместить их в клетку, нашу культуру и полностью изменить свой природный процесс роста. При правильной комбинации генов, мы можем выращивать урожай, с полным набором питательных веществ, что требует меньше воды, земли, энергии и удобрений.
Синтетическая биология можно применять для производства совершенно новых продуктов питания, например, духи через ферментацию модифицированных дрожжей или веганских сыров и других продуктов из молока, созданных без помощи животных.
«Мы должны уменьшить количество выбросов углекислого газа и вредных веществ, использовать меньше воды и земли, бороться с вредителями и повышения плодородия почв», — говорит доктор. Памела Рональд, профессор в университете Калифорнии в Дэвисе. Синтетическая биология может обеспечить полезные инструменты.
Воплощение в жизнь
В практической части! Одна из целей синтетической биологии является создание синтетического тела, сделанный только специально для ДНК.
Главное препятствие на данный момент-это технологии. Синтез ДНК в настоящее время очень дорого, медленно и склонный к ошибкам. Большинство из существующих методов, позволяют сделать цепи ДНК 200 писем длины; нормальные гены в десять раз дольше. Геном человека содержит около 20 000 генов, которые производят белки. Но за последние десять лет расходы для синтеза ДНК быстро упал.
По данным dr. Дрю Энди, генетик из Стэнфордского университета, стоимость секвенирования отдельные поздравления с 4 долларов сша в 2003 году упала до 3 центов сегодня. Ориентировочная стоимость распечатать все 3 млрд букв генома человека, на сегодняшний день, является 90 миллионов долларов, но ожидается, что упадет до 100 000 долларов на 20 лет, если тенденция останется на том же уровне.
В 90-е годы, Крейг Вентер, известный своей лидер, роль в секвенировании генома человека, начал искать минимальный набор генов, необходимых для создания жизни. Вместе с коллегами из научно-исследовательского Института геномики Вентер снимал гены бактерии Mycoplasma genitalium, чтобы выявить важные для жизни.
В 2008 году Вентер собрала этих «критических генов» и вместе новый «минимальный» геном бульона химических веществ, с помощью синтеза ДНК.
Несколько лет спустя, Вентер пересадил искусственный геном в соответствии бактерия. Гены, установленных «перезагрузки» клетки, позволяя ей расти и самовоспроизводиться — это был первый организм полностью искусственного генома.
От бактерий к человеку
Если новое предприятие получит финансирование, будет повторять эксперименты Вентер, используя наш геном. Учитывая, что геном человека-это примерно в 5000 раз больше бактерий, Вентер, трудно сказать, как трудно это может быть синтез.
Даже если ничего не произойдет, отрасль получит прекрасный опыт. По словам доктора George Church, лидер генетики Гарвардской школы медицины, этот проект может открыть технологические достижения, которые позволяют улучшить нашу способность синтезировать длинные цепи ДНК. Церковь также подчеркивает, что главная цель проекта-развитие технологий.
Тем не менее, встреча ученых вызвала много скептических комментариев. Как бы то ни было, этот проект один день может привести к созданию «дизайнер младенцев» или даже люди. Родители этих людей могут быть компьютеры. Представить будущее простое, но и пугает: насколько безопасно напрямую манипулировать жизнью или создать? Кто будет владеть этой технологией? Что делать с жизнью, которая получилась неудачной? Не для того, чтобы вызвать все это дискриминация и неравенство?
Мир готов к созданию искусственной жизни?
Илья Хель