Самый маленький геном

Сам Вентер, считает, что его работа по созданию искусственной жизни началась 20 лет назад, когда в 1995 году он и его коллеги впервые целиком расшифровали геном живого существа — бактерии гемофильной палочки. В том же году исследователи «расправились» с ДНК бактерии Mycoplasma genitalium. У нее самый короткий геном среди всех живых организмов, потому что микоплазма ведет паразитический образ жизни в клетках приматов и для получения питательных веществ ей не нужны собственные сложные механизмы, а значит, и кодирующие их гены. Тогда Вентеру и его коллегам пришла в голову идея попытаться получить минимально необходимый геном и посмотреть, много ли генов нужно простейшей клетке для жизни.

В 2010 году они смогли целиком синтезировать геном другого вида микоплазм — Mycoplasma mycoides — с 901 геном. Из него путем «вырезания» генов, без которых клетка могла жить, ученые смогли получить минимальный геном. Он включает всего 473 гена — в два раза меньше, чем «исходный» вариант. Что самое удивительное, функции примерно трети из этих совершенно необходимых микоплазме для жизни генов неизвестны науке.

Сам Вентер полагает, что его разработки помогут в скором времени делать необходимые микроорганизмы «на заказ», добавляя к «болванкам» в виде минимальных генетических последовательностей нужные функции. Правда ли, что генетики скоро научатся программировать живые организмы с нуля и зачем все это нужно, объясняет Александр Манолов, сотрудник лаборатории биоинформатики НИИ физико-химической медицины.

— Зачем нужно определять минимальный геном?

— Поиск минимального генома помогает оценить важность каждого отдельного гена для самых базовых процессов в клетке — роста и деления, а также определить случаи избыточности, когда одна и та же функция дублируется различными генами. То есть одна из задач — это углубление знаний о функциях конкретных генов.

Если думать о живой клетке как о компьютере, а о геноме — как об исходных кодах программ, то можно переформулировать идею Вентера так: нужно отделить операционную систему (или ядро операционной системы) от вспомогательных утилит. Тут проявляется еще одна вероятная польза знаний о минимальном геноме: чем короче исходники, тем больше шансов в них разобраться.

Если смотреть дальше, то работы по созданию искусственных геномов и искусственных живых клеток — это шаги на пути к пониманию отличий живого от неживого. И мы, кажется, только в начале этого пути.

— Почему же в начале? У Вентера клетки уже благополучно живут...

— Бактерии — наиболее простые живые создания. Но даже в них понять и смоделировать происходящие процессы — дело пока непосильное. Мы знаем, какие функции у продуктов отдельных генов: часть из них участвует в создании структуры клеток, часть нужна, чтобы проводить химические реакции, которые обеспечивают клетку энергией и строительными блоками. Некоторые гены нужны не для кодирования белков, а для регуляции — включения и выключения других генов. Сложнее всего понять, как совокупность отдельных функций дает устойчивую живую систему, которая способна поддерживать свое живое состояние вопреки воздействиям извне и случайности (за счет броуновского движения молекул внутри клетки) происходящих в ней процессов. О том, что представления о работе клетки у нас еще неполны, говорит и история попыток создания минимального генома группой Вентера.

Далее читайте на Чердаке.