Самая дерзкая фантастика стала реальностью: в университете Миннесоты, США, впервые в истории создали полностью синтетическую клетку, которая растет, размножается и подчиняется законам естественного отбора. Пока ученые спорят, что у них получилось: все-таки биологический автомат или полноценная жизнь, и есть ли у творения «душа», эксперты говорят о наступлении революции в биотехнологиях. Статья опубликована на сайте проекта Biotic, организации, которая координировала и финансировала исследования.
МЕЧТА АЛХИМИКОВ
Человечество тысячелетия ломало голову над вопросом: почему вот этот комок слизи в луже – живой, а точно такая же «грязь» по соседству – нет? Что именно оживляет материю?
Наблюдая, как в герметично закрытой банке «сами собой» заводятся насекомые, грек Аристотель решил, что жизнь зарождается «спонтанно». Но для этого нужна некая невидимая материя – пневма (буквально «дух» или «дыхание»). Алхимики верили, что могут вдохнуть пневму в куклу. Средневековые трактаты полны описаний «живых автоматов»: зомби выполняют приказы хозяина, но, поскольку у них нет ни настоящего ума, ни привязанности, они могут своего создателя и убить.
Наслушавшись таких россказней, Мэри Шелли написала книгу «Франкенштейн, или Современный Прометей». И, хотя в книге Виктор Франкенштейн – это ученый, а у его творения вообще нет имени, сегодня мы зовем Франкенштейнами самих монстров.
ХХ век привнес в решение проблемы на удивление мало нового. Голова профессора Доуэля из романа Александра Беляева – это не искусственный организм, а часть тела некогда жившего человека, к которой по трубкам идет питательный раствор. Считалось, что этого достаточно для поддержания жизни. Эксперименты, однако (да, они были, и довольно жестокие) показали, что жизни без тела все-таки не бывает.
В последние годы СМИ пестрят новостями о том, что тут и там создают «искусственное мясо» или даже «органы». Но технология строится на том, что брали готовую клетку, и, размножая, модифицируя ее, добивались желаемого результата.
Хотя японские ученые еще в начале нулевых годов дали полный набор химикатов, из которых можно было бы собрать клетку с нуля, а не заимствовать у природы, на деле ничего не получалось. Химикаты не хотели собираться в организм и просто болтались внутри пробирки.
ПРИЧЕМ ТУТ КАРТОШКА
Так что сообщение ученых из университета Миннесоты – буквально гром с ясного неба. Им не понадобилась родительская клетка вообще. Они взяли химикаты и сами собрали ее.
Их творение (его назвали SpudCell) поддерживает весь цикл обмена веществ, растет, размножается и даже подчиняется законам естественного отбора Дарвина. Ученые вносили в некоторые клетки «выгодные» мутации и наблюдали, как они вытесняют менее продвинутых товарищей.
Слово spud – жаргонное название картошки (нечто вроде «картофан»), и такое имя выбрали потому, что клетки (при определенной фантазии) в микроскоп напоминают шершавые картофелины. Могли бы назвать Пятым элементом или той же Пневмой, но решили не зазнаваться.
ТАИНСТВО ФИЗИКИ
Из чего же, из чего же сделаны наши искусственные «мальчишки»? Полный список химических компонентов займет несколько страниц, так что - вкратце.
Вот как получили ДНК. Вначале на компьютере начертили «эскиз», куда какую молекулу присоединять, какие между ними связи, что именно мы хотим закодировать той или иной последовательностью молекул.
Затем с помощью ДНК-принтера (он наносит «химию» на кремниевую подложку) печатаем будущее изделие по частям. Вещество подается в принтер по одной молекуле. Ученые ждут, пока молекулы схватятся в нужном порядке. Если этого не происходит, «брак» нейтрализуют, и все начинают с начала. Наконец, готовые фрагменты смывают с чипа и запускают в питательный бульон. Куски ДНК спроектированы так, что они сами сцепляются в нужной последовательности.
Настоящим прорывом стало создание мембраны - оболочки, которая отделяет клетку от остального мира. Через нее клетка ест и дышит. Прежде создать ее с нуля не получалось ни разу. Ученые взяли «питательный суп», бросили туда ДНК, аминокислоты и липиды (жиры). Параметры «супа» подобрали так, что липиды просто в силу законов «неживой» физики свернулись в сферы. Получились миллионы таких сфер, и только в некоторых, по случайности, оказались заперты ДНК и аминокислоты. Это и есть готовые клетки.
В нашем описании все настолько упрощено, что кажется, кинь в кухонную чашку жиров с кислотами, и будет тебе Франкенштейн. К сожалению (или к счастью), реальная технология очень сложна, и пока получилось только у одной группы исследователей.
РАЗМНОЖАЕТСЯ НЕХОТЯ
- Нам удалось воспроизвести то, что раньше было возможно только в биологии: полный набор поведенческих реакций клетки, - говорит руководитель группы, специалист по синтетической биологии из университета Миннесоты Кейт Адамала. - Это доказывает, что для самых фундаментальных функций жизни, таких как рост и размножение, не нужна таинственная волшебная искра.
Так, да не вполне так. Критики говорят, что у американцев получилась скорее «голова профессора Доуэля». Хотя «голову» они и создали с нуля, вне лаборатории творение жить не может.
Во-первых, это пока примитивная конструкция, состоящая всего из 150-200 молекул. Правда, Кейт Амадала говорит, что «изделие» легко масштабировать, расширить.
Во-вторых, функционал у клетки все-таки не до конца тот, что у живой. «Это хилый организм, - признается Амадала. - Он пока ничего не делает, кроме как ест и размножается».
Но самое главное, размножение у SpudCell скорее вынужденное. Чтобы заставить клетку делиться, ученые дают ей порцию еды, строго выдерживая температуру в 30 градусов Цельсия. Так они добиваются того, что клетка нехотя делится раз в 12 часов, что невероятно вяло (так, кишечная палочка – раз в 30 минут, и без «бубнов»).
А еще SpudCell не производит собственные белки, поэтому «изделие» надо постоянно кормить. Так что из лаборатории не сбежит. Пока.
ЭТО РЕВОЛЮЦИЯ
В научной прессе тем временем вовсю идут дискуссии, жизнь это или все-таки или имитация.
- Коллеги создали клетку. Но они не создали жизнь, - заявил доцент кафедры биоинженерии Стэнфордского университета Дрю Энди.
Есть более оптимистичные мнения:
- Команда разработала и создала неживую синтетическую клетку, которая гораздо ближе к «живой», чем все остальное, созданное прежде, - говорит Джон Гласс из института им. Крейга Вентера.
Так или иначе, в том, что начинается революция в биотехнологиях, согласны все. И вот почему.
Мы, сами того не подозревая, постоянно сталкиваемся с вещами, созданными микроорганизмами. Самый простой «летний» пример – порошок, который дачники кладут в биотуалеты. Живые микроорганизмы помогают синтезировать лекарства, без них не приготовишь кефира и не испечешь хлеб. Производственники мечтают «уволить» живые бактерии, которые постоянно капризничают, а временами выдают непредсказуемый результат. Им хотелось бы «живого робота», работающего по точной программе. Именно таковы синтетические клетки.
Но и это не все. В процессе химического синтеза, или при производстве пластика, применяются агрессивные среды, высокие температуры и давления. Все это требует гигантской энергии и изрядно портит окружающую среду. Бактерии могли бы делать то же самое при комнатных температурах (например, в болотах микроорганизмы безо всяких домен синтезируют железо), но очень медленно. Синтетические клетки можно запрограммировать на желаемый результат.
Пока ожидания самые радужные, но дело за малым. Другая команда исследователей должна повторить результат. Без этого наука – не наука.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Кальмар и прозрачные существа посреди леса: американский священник видел пришельцев-демонов
Хорошо, что вымерли: Гигантские акулы-мегалодоны были монстрами длиной до 25 метров
Комсомолка на MAXималках - читайте наши новости раньше других в канале @truekpru