Организм – это нечто, что можно синтезировать

Крейг Вентер – это тот самый человек, который первым полностью прочитал геном человека. Теперь он поставил на поток сборку этих геномов.
Фото Reuters

В Институте Крейга Вентера – очередная сенсация. Не такая, чтобы чересчур, но говорят, что прорыв. Суть ее в следующем. Искусственным образом за один прием из мелких кусочков ДНК в лабораторных условиях там воссоздана митохондриальная ДНК мыши. Об этом группа Даниэля Гибсона, того самого, который недавно заявил о создании бактерии с полностью синтетическим геномом, сообщила через суперпрестижный научный журнал Nature. Фамилии Вентера в списке авторов не присутствует, он присутствует там незримо, и все равно все лавры – ему.

Крейг Вентер, напомним, – это тот самый человек, который первым полностью прочитал или, говоря по-научному, секвенировал геном человека, обогнав при этом международную команду из множества институтов и не потратив при этом ни цента государственных денег. Ветеран Вьетнамской войны, бывший плейбой, серфингист, он вдруг однажды всерьез занялся биологией и страшно обиделся, когда его (видимо, за молодость и нахальство) не подпустили к экспериментам по программе «Геном человека». Это был первый и последний раз, когда Вентер просил грант у правительства, в дальнейшем он работал только с частными структурами, причем работал весьма хорошо, чем завоевал недовольство одних коллег и восхищение других.

Вскоре после своего подвига с секвенированием человеческого генома он разругался с компанией «Селера», которая была создана именно для этой цели, и ушел в свободное плавание. С тех пор чуть не каждый год удивляет своих коллег новыми открытиями и сенсационными заявлениями. В свободном плавании он, кстати, пробыл недолго, основав институт своего имени в Мериленде (США) и объявив о своей новой цели на ближайшие времена – синтезировать искусственную ДНК с минимальным набором генов. Сейчас, впрочем, о минимальном наборе генов речь практически не ведется. Речь в основном идет просто о синтезе искусственных ДНК и соответственно о синтезе искусственных организмов, не обязательно минимальных.

В начале этого года его институт, напомним, заявил о создании такого организма. Правда, это был не новый организм, а копия уже существующей бактерии – Mycoplasma mycoides. Правда, не совсем точная копия, потому что в ее геноме сотрудники Крейга зашифровали свои электронные адреса, так что формально ими был создан новый, никогда не существовавший в природе живой организм.

Теперь от бактерий Институт Крейга перенацелился на геномы мышей. Правда, это не совсем ДНК, ключевое здесь слово – «митохондриальная». Митохондрии – это такие структуры в составе клетки, так называемые органеллы, которые снабжают клетку энергией. По какой-то причине органеллы эти обладают своей собственной ДНК. Считается, что когда-то примитивные клетки не умели использовать кислород для получения энергии и поэтому захватывали прабактерий (прогенотов), у которых это получалось. Постепенно прогеноты перестали быть самостоятельными организмами, полностью потеряли независимость, но право на собственный геном все-таки отстояли. Так что на самом деле, переключившись на геном мыши, команда Крейга Вентера все равно продолжает иметь дело с бактериями.

И все-таки мышь – это вам уже не бактерия.

Митохондриальная ДНК мыши была собрана по рецепту, который своей простотой ненамного отличается от рецепта по приготовлению яичницы. Берутся кусочки ДНК длиной в 60 букв-нуклеотидов, каждая из которых, кстати, тоже была синтезирована искусственно, смешиваются со специальным набором ферментов и реагентов, в течение часа содержатся при температуре 50 градусов Цельсия. Получившееся помещается в клетки кишечной палочки Escherichia coli, и вот вам пожалуйста – через пять дней получайте уже готовую к применению, совершенно точную копию митохондриальной ДНК мыши, геном длиной 16 300 нуклеотидов, то есть тех самых четырех генетических букв A, G, C, T.

У команды вентеровского института вначале среди прочих была проблема – они пытались синтезировать геном бактерии, пользуясь длинными сегментами ДНК, которые коммерчески производятся рядом фармацевтических фирм и имеют длину в 1000–1100 нуклеотидов. Поскольку проблема имела финансовый характер, ученые научились делать такие сегменты самостоятельно, но тогда на первый план вылезла другая проблема – как соединить эти килобазовые куски в единое целое с тем, чтобы что-то при соединении не перепутать, с тем, чтобы такой генетический пазл был собран правильно, а не с ошибками. Решение было, но оно не устраивало исследователей, поскольку сильно замедляло процесс синтеза.

Выяснилось, что обеспечить точность соединения намного легче, если иметь дело с короткими кусочками ДНК. Они помещали такие кусочки в свое ферментно-реагентное варево, которое составляло из них 75 длинных отрезков двойной спирали, и заканчивали синтез, как уже говорилось, в недрах самой популярной для генетиков бактерии Escherichia coli, а там уже происходило окончательное клонирование ДНК, причем, по словам Гибсона, Escherichia coli отфильтровывала все ошибки.

Такая методика впечатлила генетиков. Многие из них считают, что подобным образом можно синтезировать «крупные генетические цепи».

Вячеслав Тарантул, заместитель директора Института молекулярной генетики РАН, особо этим достижением не удивлен.

«Такого от Крейга следовало ожидать, он давно работает в этом направлении, – сказал Тарантул в разговоре с корреспондентом «НГ». – Именно митохондриальная ДНК, и именно митохондриальная ДНК мыши. Во-первых, она намного короче самой ДНК, в ней совсем немного генов, даже у человека, поэтому ее легче синтезировать. Во-вторых, в клетке молекула ДНК только одна, а митохондриальных много. А сейчас известно, что именно в митохондриальных ДНК кроются причины целого ряда болезней, которые на сегодняшний день считаются неизлечимыми. Крейг хочет с помощью своих методик найти новые способы лечения болезней – митохондриальные ДНК для этой цели более чем подходят. И то, что в качестве экспериментального материала взят генетический материал мыши, тоже понятно – он давно работает с мышами, да и не на бактериях же ему проверять в дальнейшем новые методы лечения. Не удивлюсь, если его следующей работой окажется работа с больными митохондриальными ДНК мыши и превращением их в здоровые».

Профессор Тарантул, похоже, прав. Сам Гибсон, главный автор работы (напомним, Крейг Вентер присутствует в ней только в качестве института своего имени), говорит о ее будущих применениях именно в медицинском аспекте. «Например, вирус гриппа меняется каждый год, – говорит он, – и каждый год приходится делать для него новую вакцину. С методом, подобным нашему, мы сможем быстро отслеживать ситуацию. Мы сможем синтезировать появившийся вирус и очень быстро создавать вакцину против него».

А совсем недавно, пару недель назад, Институт Крейга Вентера вступил в партнерство с калифорнийской компанией Synthetic Genomics, тоже основанной Вентером, с целью запустить программу Synthetic Genomics Vaccines, которая будет использовать достижения синтетической биологии для производства новых вакцин.