Ксенобиология для маленьких

Синтетические биологи между делом создали новое царство организмов — первых настоящих Чужих 17 Март 2015, 10:07
Эта история начинается с телефонной пресс-конференции Джорджа Чёрча и Фаррена Айзекса — двух синтетических биологов из Гарварда и Йеля. Группы Чёрча и Айзекса придумали, как «посадить на поводок» генетически модифицированные организмы (сначала кишечную палочку E. coli, а в перспективе, возможно, и вообще все, что мы научились использовать в своих целях). Ученые, опубликовавшиеся в Nature, для этого подменили у E. coli генетический код — то есть сам способ, которым в ДНК закодирована информация. Не просто переписали геном, а присвоили его буквам новые значения. Технология редактирования ДНК под названием CRISPR/Cas, которой они воспользовались, по своим возможностям напоминает магию. Но в том, что получилось, магии еще больше.
Один из 64 кодонов — трехбуквенных сочетаний из нуклеотидов, составляющих словарный запас, если хотите, ДНК и РНК, — у этой версии кишечной палочки вместо сигнала об окончании синтеза белка теперь обозначает искусственную аминокислоту. Без этой аминокислоты такая E. coli не выживет: по крайней мере, в экспериментах групп на этой стадии шансы на «побег» путем случайной мутации, подбора подходящего аналога или заимствования генов у товарищей оценивались в один на триллион.
Пока я слушала пресс-конференцию и размышляла, когда же кто-нибудь из коллег наконец произнесет слова «Парк юрского периода» (где все началось с утечки ДНК из лаборатории), речь зашла о том, что по поводу таких инновационных организмов имеет сказать условный Роспотребнадзор, то есть всевозможные регуляторы. Пока немного, ответил Джордж Чёрч и дальше произнес ключевую лично для меня фразу: «Это ведь, по сути, не просто новый вид живых организмов, а что-то вроде нового царства, совершенно новая ветвь жизни».

"Чем дальше, тем все более чужими эти организмы будут для всей остальной жизни на Земле"

Иными словами, добро пожаловать в ксенобиологию. Так называют науку об инопланетной жизни: «ксенос» — это, как известно, «чужой», привет Ридли Скотту. Статья о ней в Википедии, к слову, оптимистично сообщает, что, поскольку настоящих ксенобиологических организмов в ближайшие пару лет не видать, у лиц, принимающих решения, есть еще в запасе кое-какое время на то, чтобы разобраться, какие же именно решения принимать. Думаю, желающие могут смело пойти и обновить, а то как-то уже неловко выходит, по-моему.
Но на практике ксенобиология — это не дисциплина из арсенала корпорации зла Weyland—Yutani, придуманной Ридли Скоттом, а вполне реальное направление в синтетической биологии, которое изучает жизнь, говорящую на чуть-чуть ином генетическом языке. Языковую аналогию вслед за самими учеными выбрали многие журналисты, написавшие о новых результатах Чёрча и Айзекса. По словам исследователей, переназначение даже одного из 64 кодонов уже защищает эти rE. coli — за recoded (перекодированными) бактериями закрепилось такое название — от многих вирусов. Кроме того, это мешает горизонтальному переносу генов (через который «дикая» кишечная палочка, по некоторым данным, могла получить до двух третей всего своего пангенома — множества всех имеющихся в пределах вида генов).

"Если пиджин становится первым языком у детей его изобретателей, он за одно поколение может превратиться в самостоятельный и полноценный язык"

(По чудесной иронии судьбы, как раз к этому моменту в тексте я начала ходить на очень интересный лингвистический курс MIT об усвоении первого языка. На первом же занятии разговор зашел о процессе креолизации как рождения нового языка под давлением обстоятельств. Если грубо, то когда в одном месте оказываются носители разных языков, которым тем не менее очень надо регулярно общаться, возникает пиджин — как бы недоязык, простенькая экспромт-помесь исходных компонентов. Но вот если пиджин становится первым языком у детей его изобретателей, он за одно поколение может превратиться в самостоятельный и полноценный язык. Скорее всего, я была единственным человеком в аудитории, который в течение всего этого обсуждения никак не мог отделаться от мыслей об одной там кишечной палочке.)
Синтетическая биология — дело относительно новое, можно сказать, наука нынешнего века, хотя разговоры о ней осторожно начинались еще в 1970—1980-х годах. На ее передовой находятся в том числе и люди, с которых все по-настоящему и началось, вроде того же Джорджа Чёрча. Соответственно, помимо самой дисциплины не менее бурно и на ходу развивается и ее этика. Показательно, что одна из популярных антологий по вопросам синтетической биологии и морали начинается с истории всего-то 2010 года: группа Крейга Вентера тогда представила миру «Синтию», клетку с искусственным геномом, в который помимо имен и электронных адресов исследователей попали даже вдохновляющие цитаты о науке.
В эту глубокомысленную подборку попал и Йоахим Больдт, специалист по медицинской этике и биоэтике из Фрайбургского университета, с таким вот рассуждением. Химия безупречно доказала, что преуспела в анализе соединений, посредством успехов в их синтезе. А синтетическая биология «пытается представить итоговый анализ жизни: показать, что биологические организмы можно объяснить через их составные части — через ее, жизни, синтез». Вместе с тем Больдт предостерегает от чрезмерного увлечения громкими описаниями вроде творения, «создания жизни» или «природы 2.0»: пока, по его словам, мы в основном манипулируем исходным материалом, а не создаем что бы то ни было с нуля. Так что зазнаваться особенно не стоит, как бы говорит он Вентеру, который в геноме своей «Синтии» процитировал Ричарда Фейнмана: чего не могу создать, того не понимаю.
Зазнаваться действительно опасно, когда в соседних кабинетах с синтетическими биологами — иногда и в прямом смысле — старательно ищут контекст для жизни, какой мы ее знаем, астрономы. (А ведь еще где-то рядом ищут невиданные доселе живые организмы в подледных озерах Антарктики и пытаются создать искусственный интеллект, вовсю называя его искусственной жизнью, кстати.)

В ДНК «Синтии», первой в мире клетки с искусственным геномом, Крейг Вентер закодировал цитату из Ричарда Фейнмана: «Чего не могу создать, того не понимаю»

Собственно, сама фраза «контекст для жизни» в этот текст попала из лекции Дэвида Шарбонно, знаменитого специалиста по экзопланетам. Он в нынешнем году начал вести в Гарварде свежий курс по этой теме — без сомнения, ничуть не менее популярной у соответствующих студентов, чем синтетическая биология. В целом вопрос поиска внеземной жизни во Вселенной уверенно переезжает из Солнечной системы, где, по-видимому, если что-то еще и было, то уже кончилось (хотя всем все равно интересно), за ее пределы. И чем больше ученые находят экзопланет, особенно похожих на Землю, тем больше их уверенность в том, что на одной такой планете рано или поздно найдется то, что они ищут.
Астрономы — единственные, кто ищет по-настоящему независимое творение, говорит Шарбонно. Если мы найдем жизнь на планете, вращающейся вокруг другой звезды, нет никаких шансов, что эта жизнь будет хоть как-то нам родственна и мы будем иметь к ней хотя бы сколько-нибудь отдаленное отношение. Все остальные либо все-таки пытаются разобраться в жизни на Земле, либо, как в случае с искусственным интеллектом, откровенно творят по своему образу и подобию, считает ученый.
В отличие от своих ксеноколлег, астробиологи в обозримом будущем пощупать свой контекст для жизни не смогут: по словам Шарбонно, не очень-то и понятно, действительно ли астрономические инструменты следующего поколения — например, «Джеймс Уэбб» — смогут обнаружить в атмосферах планет за пределами Солнечной системы следы присутствия жизни. Но первую экзопланету уверенно открыли только в 1992 году, то есть временные горизонты и скорость развития у двух дисциплин сопоставимы. А углеродный шовинизм, в котором часто обвиняют астробиологов (идея, что настоящая жизнь может возникнуть только из биомолекул, химически похожих на земные, а «кремниевой», «плазменной» или «цифровой» быть не может), ничуть не чужд и их синтетическим товарищам, поэтому в качестве аргумента в чью-то пользу не принимается.

Так что до финишной линии пока далеко.
На следующем этапе ученые переписывают уже семь из 64 кодонов — чем дальше, тем все более чужими эти организмы будут для всей остальной жизни на Земле. Напоминает классический парадокс корабля Тесея: сгнила доска — заменили, потом еще одну, и так до самой последней; тот ли это корабль, что вышел в плавание? До такого дело вряд ли дойдет, но с какого-то момента «языки» действительно станут настолько разными, что общаться, то есть передавать друг другу генетическую информацию, их носители не смогут вовсе.