Жизнь вкратце

Жизнь вкратце

// Группа Крейга Вентера явила миру синтетическую бактерию с минимальным геномом
Авторы: Иван Шунин

Биологи Института Крейга Вентера создали бактерию, геном которой состоит из 473 генов. Это самый короткий геном живого организма, способного к самостоятельному существованию. И он — искусственный. 

В 1953 году Стэнли Миллер смешал в реакционной колбе метан, аммиак, водород и воду и шарахнул по ним электричеством. Таким образом он попытался смоделировать среду, характерную для раннего периода развития Земли. Миллер проверял гипотезу абиотического ­супа, гласящую, что условия, царившие когда-то на планете, способствовали возникновению органической­ жизни. Ана­лиз показал наличие в конечной смеси ­пяти аминокислот. Несмо­тря на то что результаты выглядели весьма провокационно, статья об исследовании была опублико­вана в Science. Стэнли прославился. «Он создал жизнь!» — кричали газет­ные заголовки.

Группа ­Вентера, строго говоря, должна называться скорее «группой Хатчинсона и Чуанга»: в списке авторов статьи о JCVI-syn3.0 они стоят на первом месте. В структуре института Вентера Хатчинсон входит в состав группы синтетической биологии. Ею руководит Хамилтон Отанел Смит, американский микробиолог и лауреат Нобелевской премии по медицине 1978 года (за открытие рестриктаз). Но он в списке авторов далеко позади своего подчинённого.

В 2010 году группа Крейга Вентера из Института Крейга Вентера (да, Крейг Вентер — он такой!) представила ubi et orbi бактерию JCVI-syn1.0, геном которой был полностью синтезирован в лаборатории. «Теперь это часть жизни, населяющей нашу планету, — заявил Вентер, — первый вид, порождённый компьютером». Ватикан выступил с официальным протестом, а Барак Обама призвал правительственную комиссию по биоэтике провести исследование «потенциальных преимуществ в области медицины, безопасности и охраны окружающей среды, равно как и возможных рисков», связанных с синтетической биологией. «Он создал жизнь!» — вновь кричали газетные заголовки, не боясь обидеть своей изменчивостью Стэнли Миллера. Тот был уже три года как мёртв.
25 марта 2016 года эта история получила продолжение. Во всё том же журнале Science вышла статья, где группа Вентера описала синтетическую бактерию JCVI-syn3.0, геном которой на сегодня можно считать самым коротким для организмов, способных к самостоятельному существованию.

Геном JCVI-syn3.0 — это укороченная версия бактерии JCVI-syn1.0, он состоит из 473 генов и «весит» 531 000 пар оснований: 438 генов кодируют белки, а 35 отвечают за синтез РНК. Этот геном вставили в Mycoplasma mycoides, а родной геном бактерии выбросили.

Евгений Кунин, биолог, ведущий научный сотрудник NCBI (Мэриленд, США). Крупнейший эксперт в области эволюционной и вычислительной биологии, обладатель самого большого индекса Хирша среди русскоязычных учёных. Автор книги «Логика случая».

— Я бы сказал, что в этой работе 60 % технологии, 20 % научного интереса и 20 — чисто спортивного, — говорит Евгений Кунин, которого мы попросили прокомментировать результат группы Вентера. — Человеку свойственно бить рекорды. И вот получен свободно живущий организм, минимальный по числу генов.

Если вы хотите понять, что такое жизнь, попробуйте её создать

«Геномика переходит от дескриптивной фазы, в которой геномы сек­венируются и анализируются, к синтетической, когда геномы создаются в ходе химического синтеза», — пишут авторы. То, что делает группа Вентера, сейчас не делает больше никто. Они занимаются синтезом генома с нуля — именно поэтому Вентер назвал отцом JCVI‑syn1.0 компьютер. А поскольку геном они синтезируют целиком, написать туда можно всё что угодно.

— Это здорово, но всё ещё очень дорого и сложно. Так что ­вентеровская лаборатория — это скорее бутик. Потом технологии упростятся, возник­нет ещё одна лаборатория… Но это всё не то что через год не произойдёт, а даже и через десять, я боюсь, — говорит Кунин. — Проблема не в том, чтобы синтезировать ­олигонуклеотиды или собрать их в геном. Это ­дорого и трудно, но это работает. ­Проблема в том, чтобы подобрать жизнеспособ­ные варианты. Число вариантов рас­тёт экспоненциально. Если все перебирать, лаборатория займёт больше места, чем площадь планеты.

Минимум жизни

Пафос поиска минимального генома прост и грандиозен одно­временно. За наикратчайшим набором генов, достаточным для ­того, чтобы клетка могла жить и делиться, стоит очищенная от шелухи жизнь. Сам Вентер считает, что у такого бактериального генома есть и практическое применение: его можно использовать в качестве универсальной заготовки для производства бактерий под ту или иную специфическую цель — тут и биотопливо, и переработка отходов, и всё что угодно. Судя по бюджету института Вентера, инвесторам эта идея нравится.

В 1996 году Кунин с коллегой написали статью, в которой предсказали, что минимальный геном должен содержать порядка 256 генов. У syn3.0 их, напомним, 473. Но слово «минимальный», конечно, требует пояснения:

— Разумеется, есть организмы с намного более коротким геномом. Но подобные организмы — это эн­досим­бионты и эндопаразиты. Они ­явно находятся на пути ­деградации. На пути к тому, чтобы совсем исчезнуть, просто вымереть или превратиться в органеллы, как митохонд­рии, которые берут белки у хозяина. Так что описание минимального генома должно быть дополнено описанием среды, в которой он может существовать.

Самим фактом создания организма, который на ближайшее время станет эталоном «минимальной жизни», научный результат группы Вентера не ограничивается. Из 473 генов в составе генома JCVI-syn3.0 функциональная роль 147 генов современной науке неизвестна.

— Говорить, что про них совершенно ничего не известно, не совсем правильно. Про большинство что-то известно. Но на кой чёрт они нужны этому организму, непонятно. И тут есть вызов, я бы сказал, наглядно показывающий, что мы плохо понимаем, как работают даже простейшие клетки, — подтверждает Евгений.

Надеяться, что где-то среди этих 147 генов прячется комбинация, отвечающая за бессмертную душу, не стоит.

— Чудес не ждите. Это для вас бессмертная душа, а для меня новый фактор трансляции. Есть гены, которые обладают высокой степенью эволюционной консервативности. Они универсальны почти во всех организмах. Среди непонятных генов таких штук пятнадцать. Вполне вероятно, что они участвуют в базовых процессах переноса информации в клетках. В этом смысле здесь таится ещё немало интересной биологии.

Будущее

Итак, «рабочий минимум» достигнут. Что дальше? Изучать фукции неизвестных генов? Резать больше?

— Это всё комплементарные активности. И то и другое имеет смысл. Не знаю, займётся ли этим Вентер, это не его стиль. Но найдутся ­люди, которые будут это делать, — отвечает Евгений. — Получение ещё более простого организма, несомненно, возможно. Я думаю, Вентер ещё не закончил: он ещё получит что-нибудь поменьше. Интересно посмотреть, как устроен минимальный геном у других видов. Сравнить.

По оценке Кунина, если в лаборатории Вентера возьмутся за другой вид сейчас, то через 2–3 года они смогут получить новый минимальный геном. Но, конечно, не геном мыши, растения и уж тем более человека. Даже «бутик» Вентера с задачами такой сложности в обозримое время справиться не сможет.

 

Опубликовано в журнале "Кот Шрёдингера" №5-8 (19-22) лето 2016 г.