Книга: Счастливый клевер человечества: Всеобщая история открытий, технологий, конкуренции и богатства

Возможности синтетической биологии

Возможности синтетической биологии

Синтетическая биология (ее еще кратко именуют «синбио») – новое направление в генной инженерии, бурно развивающаяся в более чем сотне лабораторий по всему миру область биологии. Сам термин «синтетическая биология» появился в 1980 г. благодаря Барбаре Хобом, которая описывала генетически модифицированные с помощью рекомбинантных ДНК бактерии. В 2000 г. после заседания Американского химического общества, которое проходит каждый год в городе Сан-Франциско, термин получил широкое распространение за пределами сообщества ученых.

Практика синтетической биологии восходит к работе Стивена Беннера и Питера Шульца, которые в 1989 г. в Цюрихе создали ДНК, содержащую, кроме четырех известных «букв» генетического алфавита, еще две. Синтетическая биология основана на конструировании биологических систем путем кодирования или перекодирования ДНК, а значит, представляет собой набор технологий для создания «синтетического» биологического материала, которого не существует в природе.

Это направление является конвергенцией достижений из таких наук, как химия, биология, информатика и техника. Сделать генную инженерию достойной ее названия – значит превратить ее из искусства в строгую дисциплину, которая непрерывно развивается, стандартизируя предыдущие искусственные создания и повторно комбинируя их, чтобы делать новые, более сложные живые системы, не существовавшие раньше в природе. Ее достижения стирают границу между живыми организмами и машинами, позволяя людям программировать функциональность живых организмов. В настоящее время активно создается обширный банк генетических данных, где по аналогии с принципами построения электронных схем можно будет подобрать соответствующей функциональности «биокирпичик». «Биокирпичики» – это фрагменты ДНК с хорошо известной функциональностью, которые можно внедрить в геном клетки для синтеза заранее известного белка. Все отобранные «биокирпичики» должны быть такими, чтобы обеспечивать легкое изготовление, хранение и включение в генетическую цепочку, а также взаимодействие с другими фрагментами биокода.

Колонии бактерий будут синтезировать пищу, лекарства, синтетическое топливо. Достижения уже впечатляют. В 2010 г. американский инженер и биолог Крейг Вентер синтезировал первую клетку с искусственным геномом, собранном на суперкомпьютере. Инженер-химик Джей Кислинг с помощью разработанной в своей лаборатории генетической программы, содержащей 12 новых генов, изменил метаболизм обычных дрожжей и получил артемизинин (средство для лечения энтеробиоза). Компании Evolva удалось создать соединение удивительно схожее с ванилином, которое тоже вырастили на синтетических дрожжах.

Мы уже упоминали перспективы коммерческого применения биотоплива четвертого поколения. Напомню, что это прямой способ получения алкановой смеси, сходной с дизельным топливом, с помощью модифицированных бактерий, которые в специально сконструированной технологической линии поглощают солнечный свет и углекислый газ и выделяют в результате жизнедеятельности алкановый продукт. В отличие от предыдущих поколений биотоплива, для производства биотоплива четвертого поколения не нужна даже биомасса и, следовательно, не нужны сельскохозяйственные угодья. Другое преимущество такого производства заключается в том, что получаемое топливо не нуждается в переработке (подобной, скажем, перегонке нефти, которая сама по себе является весьма энергоемкой и дорогостоящей). Компания Joule Unlimited успешно провела опытные испытания технологии и в ноябре 2012 г. запустила в эксплуатацию демонстрационный завод Sunsprings в Хоббсе, городе на юго-западе США в штате Нью-Мексико. Цель этого завода – доказать, что уникальная модульная система, разработанная компанией, способна давать воспроизводимые результаты независимо от того, установлена она на площади один гектар или в тысячу раз большей.

Перспективы синтетической биологии поражают воображение. Уже назревший грандиозный кризис с антибиотиками можно решить только с использованием методов синтетической биологии. Биологи утверждают, что в скором времени будет создана вакцина против гриппа и СПИДа.

Moderna ведет новаторские разработки матричной (информационной) РНК, производящей человеческие белки, антитела и полностью новые конструкции белка внутри клеток пациента, которые, в свою очередь, секретируются или активируются внутриклеточно. Эта впечатляющая платформа держит в фокусе своего внимания в настоящее время неизлечимые болезни и предлагает лучшие альтернативы существующим лекарствам. Компания планирует развить и коммерциализировать инновационные матричные РНК-лекарства через выстроенные стратегические отношения с крупными фармацевтическими компаниями, а также с помощью недавно созданных предприятий. Каждое из этих предприятий специализируется на своем направлении: Onkaido LLC сосредоточена на разработке лекарственного средства для лечения онкологических заболеваний, Valera LLC разрабатывает препараты против инфекционных заболеваний, а Elpidera LLC фокусируется на редких заболеваниях.

И уж совсем незаменимой синтетическая биология станет при освоении ближайшего космического пространства. Процитирую Дэвида Дойча (Дойч, 2015):

«В некоторых средах обитания во Вселенной наиболее эффективным путем к процветанию для людей может быть изменение их собственных генов. Мы уже поступаем так сейчас в той среде, в которой живем, чтобы избавиться от болезней, которые в прошлом унесли множество жизней. Некоторые оспаривают этот вопрос, говоря (фактически), что генетически измененный человек – уже не человек. Это ошибка антропоморфического типа. Единственная уникально важная черта человека (будь то в масштабе Вселенной или по какому-нибудь рациональному человеческому критерию) – способность создавать новые объяснения, и это общая черта для всех людей. Если вам ампутируют ногу или руку после аварии, вы останетесь человеком; вы перестанете им быть, только если лишитесь мозга. В этом отношении изменение генов с целью сделать жизнь лучше и упростить дальнейшие попытки ее совершенствования подобно тому, как мы защищаем тело одеждой или вооружаем глаза телескопом».

Мысль Дойча проста и понятна – хотите выжить как вид и на других планетах, модифицируйте свой генетический код. Причем на сей раз речь идет именно о модификации, а не о включении или выключении отдельных генов или их последовательностей, как предлагал Митио Каку.

Интересных взглядов на природу наших генов придерживается физик, профессор Мичиганского университета, регулярно публикующий работы на тему теории информации в журналах Nature и Science, Кристоф Адами[627]. Его главное утверждение состоит в том, что жизнь – это чистая информация об окружающем живой организм мире. Наши гены для Адами – просто репозиторий[628] всего, что человек усвоил о среде своего обитания за миллионы лет существования вида. Наш репозиторий содержит информацию обо всем, что нам необходимо знать для выживания. Например, как преобразовать сахар в энергию, как спрятаться от хищника в саванне и, что наиболее важно для эволюции, как воспроизвести себе подобный организм – собственную реплику.

Зачем нам это надо? Собранные данные позволяют человеку прогнозировать будущие события вокруг себя со значительно большей точностью, чем та, что получается в ходе слепой биологической комбинаторики. Такой «информационный» подход к жизни значительно упрощает объяснение многих изменений в ходе эволюции. Например, массовое вымирание динозавров выглядит неизбежным, поскольку резкая смена условий в окружающем мире в одночасье сделала внутреннюю энциклопедию этих живых существ бесполезной. В репозиториях динозавров не оказалось записей о новом состоянии среды. Мастодонты и тираннозавры не смогли предсказать события в изменившейся обстановке и вымерли. Точно также информация нашего репозитория будет бесполезна в непривычных для нас условиях на Марсе или Венере. Это плохая новость, хорошая же состоит в том, что мы, похоже, можем решить эту проблему за счет комбинаций «синбио» и наших космических ракетных технологий. Вот что пишет Митио Каку о проекте «Астрочикен» уже упоминавшегося мною ученого Фримена Дайсона в другой своей известной работе «Гиперпространство»:

«Дайсон предлагает применение так называемого Астрочикена (буквально "звездная курица"). Маленький, легкий и наделенный интеллектом "Астрочикен" – универсальный космический зонд, имеющий несомненное преимущество перед громоздкими, баснословно дорогими космическими аппаратами прошлого – весит всего килограмм – его предлагается не строить, а выращивать. Он будет проворным, как колибри, мозг которой весит не более грамма. Эта полумашина-полуживотное будет создана с помощью новейших достижений в биоинженерии» (Каку, 2015, с. 388–389). Предполагается, что, несмотря на малые размеры, ее мощности должно хватить для изучения далеких планет, таких как Уран или Нептун. Зонд предстоит вывести и запрограммировать таким образом, чтобы он потреблял лед и углеводороды, преобразовывая их в химическое топливо. «Основные особенности "Астрочикена" – результаты прорывов в генной инженерии, искусственный интеллект и солнечно-ракетный двигатель. Утолив голод, аппарат направится к ближайшей планете» (там же).