Редагування генома | Журнал Популярна Механіка

1. Миші-міношукачі
2. Комарі проти малярії
3. Різати по живому
4. третє покоління
5. Олександра Дейзі Грінсберг, дизайнер, куратор проектів «Синтетична естетика», «Створи свою власну життя...
6. періоди людства
7. Біохакери на марші

На допомогу електроніці, на якій заснована наша сучасна цивілізація, в майбутньому прийдуть біотехнології. Ласкаво просимо в світ біопанк!

Тридцять років тому геолог Дугал Діксон став відомим завдяки своїй книзі «Після людини: зоологія майбутнього». У ній автор фантазує про те, як зміниться тваринний світ далеких часів, де вже не буде людей. Книгу населяють химерні істоти начебто десятитонного гігантілопи з довгими загнутими вперед рогами або піщаної акули Psammonarus spp - величезного комахоїдного, походять на сосиску з притупленої міцною головою і могутніми лопатообразнимі ступнями. І все-таки читач, котрий очікує буйства форм, буде розчарований: всі тварини нагадують сьогоднішніх, а зміни зводяться до варіацій вже відомого. Причина проста: Діксон намагався не вимагати від еволюції того, що їй не під силу. Сьогодні ми поблажливо посміхаємося його крисоморжам і камишеногам, адже незабаром у нас з'явиться своя, куди більш дивовижна фауна.

Денні Дханасекаран, професор відділення клітинної біології Університету Оклахоми: «Для виявлення різних хімічних речовин у навколишньому середовищі використовуються хімічні методи, чутливості яких в деяких випадках не вистачає. Щоб подолати це обмеження, можна скористатися принципами біоніки. У 2007 році за допомогою генномодифікованого штаму дріжджів нам вдалося створити нюхові рецептори, що реагують на запах 2,4-динитротолуола (ДНТ), ідентичний запаху тротилу (ТНТ), і ідентифікувати відповідні типи рецепторів у щурів і мишей ».

Миші-міношукачі

У 2012 році група вчених з Хантер-коледжу Міського університету Нью-Йорка вивели мишей, гіперчутливих до запаху вибухівки. Нюховий апарат звичайної миші налічує близько 10 млн нейронів, причому на кожен конкретний запах реагують приблизно 4000 з них. У миші MouSensor за допомогою генної інженерії вдалося значно збільшити (до 1 млн) кількість нейронів нюхової цибулини, що реагують на молекули конкретного речовини - 2,4-динитротолуола (ДНТ, запах його схожий на запах ТНТ - тротилу). Такі тварини відчувають потрібний запах в 500 разів гостріше, ніж їх немодифіковані побратими. Одночасне збудження такої великої кількості нейронів буде приводити до судомних нападів, так що можна помістити під шкіру гризунів чіп, щоб він дистанційно повідомляв про судоми: так миша стає біосенсорів для пошуку протипіхотних мін та інших вибухових матеріалів. І хоча раніше тварини зі зміненими генами рідко покидали стіни лабораторій, тепер ситуація може змінитися. Сенс цих маніпуляцій з ДНК саме в тому, щоб нові організми працювали на користь людини в природному середовищі.

Комарі проти малярії

Наприклад, групою вчених з Каліфорнійського університету в Ірвіні і французького Центру Пастера вже створені трансгенні комарі, що володіють підвищеною опірністю Plasmodium falciparum (збудника найсмертоноснішої типу малярії). Технічні можливості сьогодні дозволяють поширити великі популяції модифікованих комах в головних осередках зараження і тим самим стримати розмноження диких особин, що несуть інфекцію.

Редагування генома Система імунітету CRISPR / Cas9, виявлена ​​нещодавно у бактерій, служить їм для захисту від вірусів. Генні інженери пристосували її для своїх цілей: вони синтезують молекулу РНК, що служить «реплікою» обраної ділянки гена, і з'єднують її з білком Cas9, який вміє розрізати ДНК. Оскільки введена РНК дізнається лише свій фрагмент генома, вона служить «системою точного наведення», і генетичні «ножиці» доставляються в потрібне місце з ювелірною точністю. На відміну від колишніх методів ( «цинкові пальці» і TALEN), де розрізання і склеювання генів відбувається в пробірці, нова технологія дозволяє редагувати геном прямо в живому організмі, причому одночасно в різних ділянках.

Нас може надихнути зухвалий крок біологів з австралійських університетів Квінсленда і Мельбурна і американського Університету Північної Кароліни, які створили комарів, стійких до вірусу лихоманки денге (правда, не за допомогою генної інженерії, а заразивши їх одним з штамів внутрішньоклітинної симбиотической бактерії Wolbachia), і випустили їх в двох районах на північному сході Австралії. Через кілька місяців в цій місцевості майже не залишилося заражених комарів - їх витіснили «штучні».

У вересні 2014 року той же трюк повторили біологи бразильського Дослідницького інституту Fiocruz, і аналогічні програми готуються у В'єтнамі та Індонезії. Можна не сумніватися, що виробництво різних ГМ-комах в доступному для огляду майбутньому буде тільки зростати; в першу чергу це торкнеться переносників найбільш поширених хвороб, під загрозою яких живе до половини населення земної кулі.

Різати по живому

Зовсім недавно біологи розробили нову технологію геномного редагування - CRISPR, яка дозволяє вирізати і вставляти фрагменти ДНК з високою точністю. Це відкриває абсолютно нові перспективи в генній інженерії. Нас вже не дивують вівці з підвищеним вмістом в м'ясі жирних кислот Омега-3, створені китайськими вченими з Інституту генетики і біології розвитку в Пекіні, або модернізовані біологами з Університету Вайомінгу кози, в молоці яких міститься білок павукового шовку. В даний час молекулярний генетик Скотт Фаренкруг з Університету Міннесоти втілює свою ідею - вирощує безрогих корів. Для цього він вирізав з генома молочної корови десять генетичних букв і вставив 212 від іншої породи. І все ж генні інженери поки зайняті дрібними правками, які зводились до отримання потрібного речовини або зниження ризику хвороб у тварини. Якщо ж зазирнути в завтрашній день, ми побачимо зовсім іншу картину.

третє покоління

Британський дизайнер Олександра Грінсберг не досвідчений в генетиці, зате точно вловила, куди веде подальший розвиток технологій. Вона уявила світ майбутнього, в якому штучно створені істоти вільно живуть в лісі, щоб приносити користь не людині, а самій природі. З закислением грунтів у неї борються слимаки, які виділяють лужну рідину, листя дерев покриті рухомий біоплівки, що захищає від грибків, а схожі на дикобраза створення допомагають рослинам поширювати насіння, збираючи їх довгими волосками і розкидаючи гнучкими голками. В такому лісі на стовбурі дуба надуваються бульбашки, колючі лікувальну сироватку, і їх навіть важко прийняти за тварин. Не випадково Грінсберг підкреслено називає свої біологічні створення «пристроями».

Олександра Дейзі Грінсберг, дизайнер, куратор проектів «Синтетична естетика», «Створи свою власну життя за прикладом природи», співробітник Центру інтегративної синтетичної біології Університету Уорвіка:

«Ми конструюємо біологічні організми більш 10 000 років. Культурні сорти рослин, породи домашніх тварин - всі вони створені нами по конкретним вимогам, будь то врожайність, розмір або смак плодів або колір шерсті. Але таке конструювання велося методом проб і помилок і займало чимало часу. Принципи синтетичної біології дозволяють отримувати значно більший контроль над процесом конструювання, відкриваючи перед вченими нові можливості швидкого оперування потрібними властивостями організмів на принципово новому - генетичному - рівні ».

періоди людства

Така фантазія ненаукова і виглядає наївною, проте вона набуває сенсу, якщо дивитися не на форму, а на зміст. Дизайнер лише висловила своїми засобами ідею про третій період в житті людства, який ми активно наближаємо. На початку своєї історії люди використовували «природні» потужності, такі як вогонь, м'язи биків або реакції бродіння. Пізніше вони навчилися конструювати не існує у природі механізми і синтезувати нові матеріали. Це можна назвати етапом «штучного», і на цьому побудована вся сучасна цивілізація. Тепер же розвиток технологій веде до того, що відмінність між природним і рукотворним, між організмом і механізмом почне поступово розмиватися. Людина буде по-всякому перебудовувати перші і частково вирощувати другі; межа між ними стане умовної аж до неможливості дізнатися походження об'єкта.

Біохакери на марші

Нас чекає розквіт синтетичної біології. Нові покоління тварин будуть набагато різноманітніше, ніж наші породи собак, і куди більш штучними. Їх будуть проектувати. Прообраз такого підходу ми бачимо в конкурсі iGEM (International Genetically Engineered Machine, см. «ПМ» №? 2'2014 ), В рамках якого студенти з різних країн змагаються в «біохакерстве». На основі набору ДНК-фрагментів, маніпулюючи генами, вони повинні створити живу клітину з незвичайними властивостями. Наприклад, команда з Каліфорнійського університету в Берклі перетворила кишкову паличку в замінник червоних кров'яних тілець для перенесення кисню в крові. А студенти Кембриджа розробили на основі тієї ж кишкової палички штучну бактерію E. chromi, здатну фарбувати середовище свого існування в залежності від наявності, наприклад, токсинів.

Пройде зовсім небагато часу, і генна інженерія стане доступною кожному. Створити тварина або навіть його гібрид з машиною буде не складніше, ніж сьогодні зібрати комп'ютер з куплених деталей. Світ наповниться істотами, на тлі яких світяться в темряві кошенята будуть виглядати іграшками на рівні молодших класів середньої школи. Зовнішній вигляд і поведінка таких біосистем не зможе передбачити жоден футурист, навіть Дугал Діксон.

Стаття «Мир перемогли біотехнологій» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №12, Листопад 2014 ).