Бактерии для производства водорода

05.12.2002
Denis Khlustin, 2:5005/76.3
Тема: Бактерии для производства водорода

»» Эксперт, #45 (352) от 2 декабря 2002 »» HАУКА И ТЕХHОЛОГИИ

Американцы намерены создать модифицированную бактерию с минимально возможным набором генов. »» Исследование финансирует Министерство энергетики США - оно надеется, »» что новые микроорганизмы снабдят его водородным топливом Тигран Оганесян

В середине ноября группа американских биологов, возглавляемая ведущими специалистами в области генетических исследований Крейгом Вентером и лауреатом Hобелевской премии 1978 года Хэмилтоном Смитом, получила от Министерства энергетики США грант в размере 3 млн долларов "на разработку первой в мире искусственной бактерии".

Официальный получатель этого трехлетнего гранта - недавно созданный Вентером Институт альтернативных источников биологической энергии. Это новое научное учреждение еще не имеет собственных площадей (пока все исследования проводятся в лабораториях Мэрилендского технологического центра) и насчитывает всего десять сотрудников вместе с Вентером и Смитом. Тем не менее высокая квалификация отобранных специалистов и солидный послужной список руководителей института (Хэмилтон Смит - один из самых признанных в мире исследователей структуры ДHК) дают основание оценивать этот проект как исключительно перспективный для дальнейшего развития генетики в XXI веке.

»» Hовая форма жизни

Согласно официальным заявлениям руководителей проекта, в самом общем виде его цель заключается в создании одноклеточного "синтетического" организма с минимальным набором генов, необходимых для поддержания его жизнедеятельности. Термин "синтетический" означает лишь то, что геном бактерии будет частично собран (точнее, перекомпонован) руками человека. Крейг Вентер при формулировке поставленной задачи отметил, что "более корректным определением того, что мы собираемся сделать, было бы не создание новой жизненной формы, а ее модификация. Хотя, по большому счету, вопрос о том, какое именно количество генов необходимо поменять в организме для того, чтобы он мог называться новой формой жизни, относится к разряду философских".

Как бы то ни было, в случае успешной реализации проекта эта элементарная "модификация" может дать жизнь новому поколению дочерних клеток и стать родоначальницей искусственной популяции. Крейг Вентер говорит: "Мы тешим себя надеждой, что в результате этого эксперимента вплотную подойдем к ответу на вечный вопрос, что же собой представляет жизнь на молекулярном уровне".

Генитальная бактерия

Крейг Вентер уже пытался запустить проект подобного рода несколько лет назад в возглавляемом им Институте геномных исследований (Роквилл, штат Массачусетс). В качестве основного объекта исследований тогда был выбран одноклеточный микроорганизм Мycoplasma genitalium, обитающий в половых путях человека (в ряде случаев он является виновником возникновения уретрита, воспаления мочеиспускательного канала).

Эта бактерия обладает минимальным набором генов, известным сегодня науке. Вентеру с коллегами удалось выявить, что в определенных условиях M. genitalium может "сводить концы с концами" (то есть сохранять свои основные жизненные функции) при наличии чуть более 300 генов из 517, отведенных ей природой. Более того, один из ведущих специалистов института в Роквилле Клайд Хатчисон высказал предположение, что минимальное число генов, необходимых для выживания генитальной бактерии в пробирке, и того меньше - 265 (для сравнения: у человека, в теле которого живут эти бактерии, по различным оценкам, от 30 до 50 тыс. генов).

Определив базовый генетический набор, обеспечивающий клеточный метаболизм M. genitalium в усеченном варианте, биологи тем не менее были вынуждены констатировать, что функциональное предназначение примерно трети из этих генов остается для них загадкой. о это не повлияло на решимость ученых своими руками сконструировать не идентифицированного до сих пор в природе представителя простейших.

Первая попытка Вентера повлиять на правительственные круги США и получить разрешение на опыты, предпринятая им три года назад, успехом не увенчалась. Обеспокоенная просочившейся в печать информацией американская общественность потребовала всестороннего изучения этических аспектов эксперимента, и практическое воплощение этой идеи было отложено до лучших времен. Впрочем, эта вынужденная пауза тогда не сильно огорчила генетика, ведь примерно в то же время он занимался и другим проектом. Как известно, организованная Вентером частная компания Celera Genomics параллельно с финансируемым рядом правительственных фондов международным научным консорциумом два года назад представила общественности черновой вариант генной карты человека.

Резиновая биоэтика

В январе 2002 года после конфликта с другими основателями и руководителями Celera Genomics Вентер покинул компанию и вернулся к экспериментам по созданию микроорганизмов. Дополнительным стимулом к работе, придавшим новые силы, стало известие о том, что в июле 2002 года группе ученых- медиков из ью-Йоркского университета удалось при помощи полукустарных методов (по признанию исследователей, использованный ими алгоритм был позаимствован с одного из интернет-сайтов) сконструировать первый синтетический вирус.

Взяв за образец геномную структуру полиовируса, Экард Виммер и его коллеги смогли точно воссоздать последовательность составляющих его нуклеотидов. Полученный ими продукт оказался полностью идентичным своему природному аналогу, причем сама "сборочная процедура", по словам одного из участников эксперимента, оказалась очень простой. Для того чтобы доказать, что этот "двойник" обладает теми же свойствами, что и обычный полиовирус, нью-йоркские медики инъецировали его подопытным мышам (вирусы лишены некоторых ферментов, необходимых для репродукции, и могут размножаться только внутри живой клетки). Через некоторое время зараженные грызуны оказались полностью парализованными и погибли.

а специальной пресс-конференции Экард Виммер заявил, что не испытывает никаких угрызений совести по поводу проделанной работы: "О принципиальной возможности такого рода эксперимента говорилось уже давно, но до сих пор никто не воспринимал ее серьезно. Между тем всем давно пора понять, что уровень развития мировой медицины позволяет использовать ее достижения не только на благо, но и во вред человечеству. И наш эксперимент всего лишь иллюстрируют это". Что же касается практической стороны вопроса, то созданный американскими медиками синтетический вирус - очевидное доказательство возможности искусственной реконструкции геномов вирусов (в том числе и исчезнувших).

Безусловно, эксперимент с синтезированием полиовируса пришелся весьма кстати для Крейга Вентера. Ведь организованная по его инициативе еще в конце 1999 года специальная группа экспертов по биоэтике (в состав которой вошли как ученые, так и представители различных конфессий), по-видимому, находясь под впечатлением от оперативности нью- йоркских вирусологов, в конце лета 2002 года наконец вынесла положительный вердикт. Эксперты пришли к выводу, что "если в конечном итоге эксперимент по синтезированию бактерии может принести пользу человечеству и будут соблюдены все необходимые меры безопасности, его следует признать не противоречащим элементарным этическим нормам". Таким образом, принципиальный вопрос о том, есть ли у ученых моральное право создавать новые биологические организмы, был окончательно разрешен в пользу Вентера и его команды.

Бактериальный Франкенштейн

Теперь, после того как Крейгу Вентеру удалось убить сразу двух зайцев (добиться моральной поддержки от блюстителей этической чистоты биологических и медицинских исследований, а также получить необходимые для реализации проекта деньги от Министерства энергетики США), дело, собственно, остается за малым - добиться достижения поставленной цели.

В качестве генного шаблона будущего организма экспериментаторы, как нетрудно догадаться, собираются использовать ту самую бактерию M. genitalium, изучением которой команда Вентера занималась несколько лет назад. Сначала исследователи планируют извлечь из бактерии весь генетический материал, затем - скомпоновать из его "кусочков" искусственную цепочку генов, представляющую собой "упрощенное подобие" исходной природной цепочки. Однако в ее состав будут входить только те гены M. genitalium, которые, по мнению биологов, "безусловно необходимы" для поддержания жизни нового организма. а завершающем этапе эксперимента эта искусственно собранная цепочка генов инкорпорируется в лишенную (при помощи радиационного облучения) "генетического содержимого" клетку. Затем же должно случиться самое интересное, то, ради чего задуман эксперимент, - оживление "бактериального Франкенштейна" с последующей его репродукцией.

Изуродованный микроорганизм

В научном сообществе, как правило, не принято анонсировать будущие эксперименты. Американские генетики полагают, что в данном случае потенциальная опасность от сокрытия информации слишком велика: Вентер и его коллеги, по их словам, озабочены лишь тем, чтобы не произошло никаких утечек технических деталей проекта, ведь "биологические злоумышленники" могут воспользоваться ими как методическим пособием. А потому изначально заявляется, что ключевые механизмы эксперимента в открытой печати не появятся (аналогично поступила и группа Виммера, в самом общем виде прокомментировавшая свои результаты).

Участники американского проекта, не дожидаясь никаких дополнительных гарантий безопасности, заранее разработали программу действий, сводящую риск создания нового патогенного микроорганизма к минимуму. Исследователи намерены "покалечить" свое "дитя" - на первом этапе из него изымут те гены, которые обеспечивают клетке способность проникать в человеческий организм. Будут использованы и такие жесткие меры безопасности, как полная изоляция новой клеточной популяции от внешнего мира и механизмы генетического программирования быстрой гибели клеток (на тот случай, если им все-таки удастся вырваться на свободу).

И какова же польза от такого "изуродованного" микроорганизма? Об этом говорить еще, наверное, рановато, хотя Вентер и Смит уже заявили, что приоритетное направление работы с синтезированной бактерией - ее дальнейшая генетическая модификация. Это может привести к тому, что новый микроорганизм научится эффективно разлагать углекислый газ и/или производить водородное топливо. Чем, собственно, и объясняется, что проект финансирует ведомство, прямого отношения к биомедицинской проблематике явно не имеющее. Как говорит Крейг Вентер, "вселенная микробов" до сих пор мало изучена современной наукой - ученым удалось систематизировать и изучить лишь один процент всех существующих в природе микроорганизмов. Так что шанс обнаружить среди микробов существа с полезными свойствами весьма велик. Может случиться так, что среди природных бактерий таковых не обнаружится, тогда ученые, раньше или позже, "создадут генетические конструкции, с помощью которых удастся существенно улучшить общую экологическую обстановку на планете". Первым шагом в этом направлении станет модифицированная "генитальная бактерия".

--- * Origin: (2:5005/76.3)