«Целый ряд новых биологических технологий и методов, относящихся так или иначе к синтетической биологии, позволит нам не просто читать и редактировать код ДНК, но и писать его

Отрывок из книги Эми Уэбб и Эндрю Гесселя

Совместно с издательством «Альпина нон-фикшн» публикуем отрывок из книги Эми Уэбб и Эндрю Гесселя «Машина творения: новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры», посвященной перспективам развития генной инженерии.

Сегодня ученые переписывают правила нашеи? реальности. Страдания, через которые нам обоим довелось прои?ти на пути к родительству, в ближаи?шие десятилетия могут стать аномалиеи?. Новое научное направление обещает пролить свет на то, как зарождается жизнь и как ее можно воссоздавать при самых разнообразных устремлениях: чтобы мы имели возможность лечить людеи? без лекарственных препаратов, получать мясо, не забивая животных, и создавать семьи, когда подводит природа. У этого направления, получившего название «синтетическая биология», единственная цель: обеспечить доступ к клеткам ради написания нового — и, возможно, лучшего — биологического кода.

В XX столетии в центре внимания биологов был демонтаж, например, тканеи?, клеток, белков, ради того чтобы понять, как они функционируют. В нынешнем веке новое поколение ученых, напротив, занимается сборкои? новых материалов из предоставленных жизнью строительных блоков. При этом в зарождающеи?ся области знании? — синтетическои? биологии — многим уже удалось достичь успехов. Инженеры проектируют для биологии новые компьютерные системы, а недавно созданные компании продают принтеры, способные превращать компьютерныи? код в живые организмы. Архитекторы Всемирнои? паутины используют ДНК в качестве жестких дисков. Ученые создают системы «орган на чипе»: представьте себе полупрозрачную костяшку домино с вмонтированными в нее наноразмерными человеческими органами, которые живут и растут вне тела человека. Совместными усилиями биологи, инженеры, программисты и многие другие специалисты изобрели машину творения — комплексную систему, включающую людеи?, научные лаборатории, вычислительные устрои?ства, государственные структуры и предприятия, которые создают новые интерпретации жизни и новые ее формы.

Машина творения служит двигателем великои? трансформации человечества, которая уже началась. Прои?дет совсем немного времени, и жизнь больше не будет делом случая, а станет результатом замысла, отбора и выбора. Машина творения будет решать, как нам осуществлять зачатие детеи? и какое определение дать семье, как распознавать болезни и бороться со старением, где строить дома и как питаться. Она сыграет важнеи?шую роль в ликвидации последствии? изменения климата и в конечном счете в нашем выживании как вида в долгосрочнои? перспективе.

Машина творения включает в себя множество различных биотехнологии?, все они созданы для редактирования и перепроектирования жизни. Целыи? ряд новых биологических технологии? и методов, относящихся так или иначе к синтетическои? биологии, позволит нам не просто читать и редактировать код ДНК, но и писать его. А значит, вскоре мы научимся программировать живые биологические структуры, как если бы они были крошечными компьютерами.

При помощи однои? из таких технологии?, CRISPR-Cas92, с начала 2010-х гг. стало возможным редактирование кода ДНК. Этот метод, которыи? ученые называют молекулярными ножницами и в котором используются биологические процессы, чтобы вырезать и вставлять генетическую информацию, регулярно попадает в заголовки новостеи? о революционных медицинских вмешательствах, например о редактировании генов слепых людеи? с целью помочь им обрести зрение. Ученые используют физические молекулярные ножницы CRISPR и сращивают молекулу ДНК, выступающую как своего рода биологическое письмо, в котором буквы переставлены на новые места. Проблема заключается в том, что у исследователеи? нет возможности непосредственно наблюдать за тем, какие изменения вносятся в молекулу, с которои? они взаимодеи?ствуют. Каждыи? шаг требует лабораторных манипуляции?, их также необходимо подтвердить опытным путем, и в итоге вся эта работа становится весьма опосредованнои?, трудоемкои? и отнимающеи? много времени. Синтетическая биология переводит процесс манипуляции? в цифровую среду. Последовательности ДНК загружаются в программныи? инструмент (представьте себе текстовыи? редактор для кода ДНК), что позволяет вносить правки так же легко, как при работе в текстовом процессоре. После того как ДНК написана или отредактирована и результат удовлетворил исследователя, на устрои?стве, напоминающем 3D-принтер, распечатывается с нуля новая молекула ДНК. Технология синтеза ДНК (преобразование цифрового генетического кода в молекулярную ДНК) непрерывно совершенствуется. С помощью современных технологии? без проблем осуществляется печать цепочек ДНК длинои? в несколько тысяч пар основании?, которые можно скомпоновать, чтобы создать новые метаболические пути для клетки или даже полныи? геном клетки. Теперь мы можем программировать биологические системы подобно тому, как программируют компьютеры.

В результате в последнее время наблюдается стремительныи? рост в тои? сфере синтетическои? биологии, где создаются высокоэффективные приложения, включающие биоматериалы, топливо и специальные химические вещества, лекарства, вакцины и даже сконструированные клетки, которые функционируют как микроскопические роботы. Развитию синтетическои? биологии способствует искусственныи? интеллект (ИИ): чем активнее набирает силу ИИ, тем больше биологических приложении? можно протестировать и реализовать. Средства программного проектирования становятся мощнее, потенциал печати и сборки ДНК постоянно расширяется, и специалисты получают возможность работать над все более сложными биологическими творениями. Хорошим примером тому служит факт, что геном любого вируса в скором времени можно будет написать с нуля. Такая перспектива кому-то покажется пугающеи?, если учесть, что на момент написания этои? книги коронавирус SARS-CoV-2, вызывающии? болезнь COVID-19, стал в мире причинои? смерти более 4,2 млн человек.

Остановить распространение вируса SARS-CoV-2, как и его предшественников SARS, H1N1, Эбола и ВИЧ, чрезвычаи?но сложно именно потому, что они представляют собои? лишь микроскопическии? код. Размножаться или воспроизводиться без носителя они не способны. Вирус можно представить в виде USB-накопителя, которыи? вставляют в компьютер: он прикрепляется к клетке и загружает новыи? код. И, как бы странно это ни прозвучало в разгар глобальнои? пандемии, вирусы могут дать нам надежду на лучшее будущее.

Вообразите себе магазин приложении? синтетическои? биологии, где в любую клетку, микроб, растение или животное можно загрузить и добавить новые возможности. В 2019 г. британские ученые впервые целиком и полностью синтезировали и запрограммировали геном кишечнои? палочки. На очереди синтез геномов многоклеточных организмов с миллиардами спаренных основании? — растении?, животных и нашего собственного генома. В один прекрасныи? день мы получим технологическии? фундамент для лечения любого генетического заболевания чело- века и в процессе движения к этому спровоцируем «кембрии?скии? взрыв» — вызовем появление множества сконструированных растении? и животных для применения их в целях, которые сегодня сложно представить, но которые позволят решить глобальные проблемы: как накормить, одеть, обеспечить жильем и окружить заботои? миллиарды людеи?. В недалеком будущем жизнь станет программируемои?, и синтетическая биология дает смелое обещание улучшить бытие человека. Наша цель в этои? книге — помочь читателю осмыслить возникающие на горизонте проблемы и открывающиеся возможности. В ближаи?шие десять лет перед нами встанет необходимость принимать важные решения: стоит ли программировать новые вирусы для борьбы с болезнями, что будет представлять собои? генетическая конфиденциальность, кто будет «владельцем» живых организмов, каким образом компании должны получать доходы от сконструированных клеток и как содержать синтетическии? организм в лаборатории. А также: какои? выбор вы сделаете, если сможете перепрограммировать собственное тело? Сильно ли будете мучиться, определяя, редактировать ли — и как именно — ваших будущих детеи?? Согласитесь ли употреблять в пищу генно-модифицированные продукты, если это смягчит проблему изменения климата? Мы поднаторели в использовании природных ресурсов и химических процессов для сохранения собственного биологического вида. Теперь у нас есть шанс написать новыи? код, основанныи? на тои? же архитектуре, которая является общеи? для всего живого на нашеи? планете. Перспективы синтетическои? биологии — это будущее, построенное на самои? мощнои?, жизнеспособнои? производственнои? площадке, которую когда-либо имело человечество. Мы находимся в шаге от нового феерического витка промышленнои? эволюции.

Источник: postnauka.org

Комментарии: