Искусственная жизнь in vivo

Все животные и растительные протеины состоят лишь из 20 аминокислот. Между тем общее количество аминокислот, существующих в природе и созданных в химических лабораториях, исчисляется сотнями. Ученые давно пытаются использовать хотя бы некоторые из них для синтеза белков, обладающих новыми свойствами и способных нести новые функции.

Эти белки потенциально могут найти широкое применение как в фармацевтике, при создании лекарственных средств, так и в не связанных с медициной индустриях – скажем, при разработке биоматериалов. Кроме того, такого рода исследования имеют и более отвлеченное значение: они способны прояснить вопросы эволюции жизни на Земле и привести к построению сценариев возможного развития жизни на других планетах. Белковая инженерия не только открывает новые перспективы в области биотехнологий, с прицелом на прикладное использование результатов исследований, но и демонстрирует способность живых организмов изменяться. Границы этой способности до конца не определены, а эволюционные механизмы, прежде всего действующие на молекулярном уровне, на деле могут оказаться более гибкими и разнообразными, чем принято думать.

С конца 80-х гг., когда впервые удалось вставить «лишнюю» аминокислоту в протеин, и до последнего времени эксперименты по созданию белков, существование которых не предусмотрено природой, удавались лишь в пробирке. В общем виде опыты проходили следующим образом. Двадцать первую, условно, аминокислоту посредством биохимических реакций, которые катализировались ферментами, прикрепляли к транспортной РНК (т-РНК) – молекуле, которая доставляет аминокислоты к рибосоме. Рибосома, будучи внутриклеточной структурой, где и синтезируются протеины, вставляла аминокислоту в белковую молекулу. Однако воспроизвести этот же процесс in vivo, т. е. создать организм, самостоятельно синтезирующий невиданный белок, оказалось значительно сложнее. Первых успехов удалось добиться совсем недавно. Известно о них стало, когда в журнале Science были опубликованы итоги работы двух групп ученых, независимо друг от друга проводивших сходные по цели исследования.

Другая исследовательская группы (в нее вошли несколько биологов и химиков из разных стран, а руководил проектом Пол Шиммель (Paul Schimmel) из того же The Scripps Research Institute) действовала иначе. Примерно половина всех aaRS несут особую контролирующую функцию: они следят за тем, чтобы только строго определенные аминокислоты прикреплялись к «своим» т-РНК. Ученые искусственно вызвали мутацию в aaRS, в результате чего он оказался неспособен замечать ошибки, стал пропускать 21-ю аминокислоту и связывать ее с т-РНК. Тем самым был достигнут эффект, о котором уже говорилось: рибосома начала синтезировать неестественный белок.

Оба эксперимента можно рассматривать как первый шаг к созданию искусственных (альтернативных, синтезированных) жизненных форм. Такое заявление не кажется слишком сильным, если принять во внимание, что белки являются структурной и функциональной основой современной биологической системы. Строго говоря, сконструированную бактерию новой жизненной формой можно назвать лишь с натяжкой. Как отмечает Август Бок (August Bock) из мюнхенского Института генетики и микробиологии, автор сопроводительной статьи к публикации в Science, речь идет только об изменении некоторых базовых принципов, в соответствии с которыми на основе генетической информации синтезируются белки. По-настоящему искусственным организм станет тогда, когда само его существование будет зависеть от наличия 21-й аминокислоты. Между тем бактерия развивается нормально, и необычная структура одного из протеинов никак не повлияла на ее жизнедеятельность.

Однако само покушение на «базовые принципы» некоторые ученые воспринимают без особого восторга. Искусственная жизнь – страшилка похуже клонирования. Среди самых мрачных прогнозов – создание организмов, которые, обладая лучшими селективными характеристиками, начнут подавлять и вытеснять родную земную живность. Впрочем, возможность эта, даже если не считать ее вовсе невероятной, во всяком случае пока является лишь воображаемой: по словам того же Бока, эксперименты слишком сложны и могут проводиться исключительно в лабораторных условиях.