Нові творці: Ігри, в які грають боги

Кордон, за яким людина виступає в ролі Творця, вже подолано. Штучне життя створене. Правда, це «напівсинтетична напівжиття».

Якщо здатність до розмноження - вирішальна характеристика, яка відрізняє живе від неживого, то штучне життя вже створене. На підставі відкритих даних розшифрованого геному в 2002 році Екард Віммер з університету Стоні Брук, штат Нью-Йорк, зробив невідважливий від справжнього вірус - збудник поліомієліту - з окремих молекул. Група Віммера насправді створила «напівсинтетичну напівжиття»: віруси знаходяться на кордоні між живим і неживим, а для синтезу використовувалися ферменти, виділені з живих клітин, і готові олігонуклеотиди - короткі відрізки ДНК, що складаються з декількох десятків або сотень нуклеотидів. У 2003 році вчені з Інституту альтернативної біологічної енергії (США) під керівництвом знаменитого Крейга Вентера синтезували із загальнодоступних реактивів цілком живий бактеріофаг phi-X174 (безпечний для людини і тварин вірус, який впроваджується в бактерію Esherichia coli).

Не займайтеся самолікуванням! У наших статтях ми збираємо останні наукові дані і думки авторитетних експертів у сфері здоров'я. Але пам'ятайте: поставити діагноз і призначити лікування може тільки лікар.

Усе це означає, що кордон, за яким людина виступає в ролі Творця, вже подолано.

Спосіб існування білкових тіл

Синтез вірусів - факт доконаний. Однак суперечка про те, чи можна віруси повною мірою називати «живими», досі триває. Найбільш просто влаштовані віруси складаються з нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК) і покриває нуклеїнову кислоту білкового чохла. До складу деяких вірусів входять також вуглеводи і жири (ліпіди). Таким чином, віруси можна розглядати просто як мобільні набори генетичної інформації. Віруси можуть розмножуватися тільки всередині живої клітини, метаболізм якої після зараження перебудовується на відтворення вірусних, а не клітинних компонентів.

З іншого боку, генетичний набір і здатність до розмноження - це все-таки швидше атрибути життя, а не просто хімічних реактивів. Але життя це дуже особливе.

Як генетичний матеріал віруси містять або ДНК, або РНК - але ніколи обидві нуклеїнові кислоти відразу, як це завжди відбувається у «істинно живих» організмів (починаючи з бактерій). Оскільки віруси не мають власного обміну речовин, поза клітиною їх навряд чи можна назвати живими - це швидше інертні кристали. Але при потраплянні в клітку вони чудесним чином «оживають», запускаючи механізм власної реплікації і використовуючи ресурси клітини-господаря. Так що ж таке віруси? На це питання Екарт Віммер, творець поліовірусу з хімічних реактивів, дав дуже вдалу відповідь: «Вірус - це набір молекул з життєвим циклом».

Вірус, людина і пальма

Що ж це за набір? Ядро віріона (так називається заразна вірусна частинка поза клітиною) містить лінійну або кільцеву молекулу (або кілька) нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК). Для всіх інших живих організмів характерна двонітчаста ДНК і однонитчаста РНК - однак віруси заповнюють цей «пробіл», оскільки існують віріони з однонитчастою ДНК (наприклад, щурячий вірус Кілхама) і двонітчастою РНК (наприклад, реовіруси і віруси раневих пухлин рослин). З цієї точки зору герпес-віруси (двонітчаста ДНК) і реовіруси (двонітчаста РНК) відрізняються один від одного більше, ніж герпес-віруси від людини або пальми (і набагато більше, ніж людина від пальми). Звичайно, генів у вірусах поменше, ніж навіть у найпростіших бактеріях, - всього 3 − 4 в найменших і до 100 у великих. Нитки (ланцюжки) вірусної нуклеїнової кислоти, подвійні або одинарні, можуть мати лінійну форму або замикатися в кільце.

Білковий чохол, що покриває нуклеїнову кислоту віріона і захищає її від шкідливих впливів навколишнього середовища, називається капсидом. Капсиди найменших і простих вірусів можуть складатися лише з одного або декількох видів білкових молекул. Кілька молекул одного або різних білків об'єднуються в суб'єдиниці, звані капсомерами. Капсомери, у свою чергу, утворюють правильні геометричні структури вірусного капсида. Для різних видів вірусів характерна певна форма капсида - саме за цією ознакою побудована їх класифікація. Білки капсида більш складно влаштованих вірусів працюють як ферменти, що руйнують клітинну оболонку, або здатні скорочуватися, впорскуючи нуклеїнову кислоту в клітку.

Вірус у роботі

Генетичну інформацію, закодовану в окремому гені, загалом можна розглядати як інструкцію з виробництва певного білка в клітці. Для того щоб ця інформація стала доступною для рибосом (клітинних «фабрик» білка), її необхідно перекодувати в молекулу матричної РНК. Тому ДНК-містять віруси для початку повинні вбудувати свої гени в ДНК господаря і переписати (транскрибувати) свою генетичну інформацію в цей формат. РНК-віруси можуть або відразу вбудовувати свою генетичну інформацію в матричну РНК клітини, або повинні синтезувати зрозумілу для рибосом матричну РНК, використовуючи власну РНК як шаблон. Тільки після цього починається синтез вірусних білків і відбувається реплікація вірусу. А особлива група РНК-вірусів - ретровіруси - замість «загальноприйнятої» транскрипції ДНК в РНК надходить навпаки: вони переписують свою РНК в ДНК і вбудовують її в хромосомну ДНК клітини. На матриці такої ДНК виробляється нова РНК, яка і визначає синтез вірусних білків.

Віруси можуть почати розмножуватися відразу після проникнення в клітку або довгий час залишатися в латентному (покоящемся) стані і навіть передаватися в такому неактивному вигляді в дочірні клітини після ділення. Якщо вірус приступив до поділу, синтезований білок, який використовується для будівництва капсида, і розмножена в багатьох копіях вірусна ДНК об'єднуються і формують нові віріони. Вони залишають використану клітку (яка при цьому гине) і вражають нові.

Теорія мінімального генома

У 1992 році Крейг Вентер заснував Інститут з вивчення геному в Роквіллі (Меріленд, США), де з середини 1990-х років стартував проект мінімального геному. Його мета - відібрати гени, які абсолютно необхідні для підтримки життя в окремо взятому організмі, і відкинути все зайве. У центрі експерименту - умовно-патогенний мікроорганізм Mycoplasma genitalium. Це одні з найбільш примітивних бактерій, здатні викликати запалення сечостатевих шляхів, але нерідко їх виявляють і у здорових людей.

M. genitalium володіє найменшим з відомих клітинних геномів - 517 генів, з яких 480 кодують білки, а 37 відповідають за виробництво РНК, яка забезпечує синтез білків, регулює розвиток клітини і виконує інші життєво важливі функції. Вимикаючи гени по одному, вчені відібрали мінімальний геном мікоплазми - 265 ‑ 350 кодуючих білки генів, без яких бактерія не здатна існувати навіть у найкращих лабораторних умовах. Функцію 111 генів встановити не вдалося - можливо, навіть у хромосомі такої простої бактерії в процесі еволюції накопичилися непотрібні гени.

Доповідь про проект мінімального геному в 1999 році справила такий фурор, що була створена спеціальна комісія з незалежних експертів з дослідження етичності подібних досліджень. Через рік голова комісії Мілдред Чо з Центру біомедичної етики Стенфордського університету (Каліфорнія, США) сказала про створення штучних організмів буквально наступне: "Можна сказати, що цим ми втручаємося в промисел Божий. Але наша група дійшла висновку, що маніпулювання іншими організмами давно є традицією людства ".

Вже опубліковані мінімальні геноми таких бактерій, як Staphylococcus aureus і Bacillus subtilis. Це означає, що є всі умови для їх синтезу.

Як далеко може зайти це маніпулювання, залишається тільки гадати. Адже якщо віруси або бактерії можна створити «з нуля», то теоретично ніщо не заважає надати їм нові, бажані властивості. Інститут альтернативної біологічної енергії веде роботу зі створення мікроорганізму, який можна буде використовувати для виробництва водню - отримання енергії з заповнюваних джерел. Добре, якби всі цілі в цій області були б такими ж благородними. Враховуючи, що ми маємо справу з вірусами і бактеріями, завжди є можливість створення організмів, здатних як принести користь, так і погубити людство.

Вірус з хімічних реактивів

У разі, якщо геном і так досить простий, додаткове спрощення вже не потрібно. У 2002 році Екарт Віммер з університету Стоні Брук, штат Нью-Йорк, опублікував роботу з синтезу вірусу поліомієліту зі шматочків молекул. Синтетичні вірусні частинки виявилися абсолютно невідличними від природних за всіма параметрами - розміром, поведінкою, заразністю. Причому слово «синтез» стосується цієї роботи в самому буквальному сенсі: знаючи клеотидну послідовність, вчені крок за кроком побудували вірус абсолютно так само, як хіміки синтезують складні молекули. Сам синтез зайняв у групи три роки.

А 2003 року, через рік після публікації цієї роботи, вчені з Інституту альтернативної біологічної енергії витратили на синтез бактеріофагу із замовлених за каталогом реактивів лише два тижні.

Отже, віруси вже синтезовані, бактерії чекають своєї черги. Технологія мінімального геному, в теорії, застосовна і до інших моделей - зараз вона працює для бактерій, але це далеко не межа. Так що ж далі? Чи зможемо ми колись "