Ученые гонялись за этой алхимией годами. Превратить химикаты в жизнь. Наконец-то они близко.
Команда из Миннесотского университета во вторник объявила о прорыве. Они создали простейшие клетки. Они питаются. Они растут. Они размножаются. Они даже конкурируют за остатки пищи. Может быть, они не полностью живые, но это выглядит невероятно похоже на жизнь.
За этим проектом стояла Кейт Адамаля. Она синтетический биолог, предпочитающий осторожность ажиотажу. Жизнь — это не бинарное понятие. Это спектр. Поэтому она не спешит утверждать, что эти комочки по-настоящему «живые». Здесь нет четкой черты, разделяющей живое и неживое. Или, по крайней мере, нет такой черты, с которой мы все согласились бы.
«Жизнь — это не бинарная величина», — сказала она. «Нет четкой грани».
Джон Гласс из Института Дж. Крейга Вентера, не принимавший участия в проекте, был впечатлен. Это ошеломляюще. Никто раньше не объединял такое количество функций в одной синтезированной клетке.
Дрю Энди из Стэнфорда смотрит на это иначе. Он называет это сконструированным, а не рожденным. Созданным. Но оно выполняет функции клеток.
SpudCell (Клетка-Картошка) — так назвали это создание из-за внешнего вида. Форма картошины. Некрасиво. Но функционально.
Адамаля не патентовала свое открытие. Зачем запирать в сейф строительный блок? Она и Энди хотят создать открытое сообщество. Сотни ученых. Миллиарды долларов инвестиций в течение следующего десятилетия. Они хотят сделать SpudCell полностью живыми и адаптивными.
Розанна Цзя, вычислительный биолог из Миссурийского университета, считает, что история запомнит этот момент. Статья опубликована — 190 страниц доказательств, ожидающих рецензирования.
Зачем все это нужно?
Природные клетки — это хаос. Спутанное множество десятков тысяч генов и миллионов переключателей. Мы не понимаем половины того, что делает ДНК. Ген, который, как казалось, контролирует зрение, может также управлять ритмом сердца. Полный беспорядок.
Чтобы это исправить, нужно упростить.
Крейг Вентер пытался пойти «снизу вверх». Он урезал геном бактерии до 525 генов. Но даже тогда треть из них оставалась загадкой. Даже после десяти лет исследований 56 генов остаются неразгаданными.
Адамаля пошла «сверху вниз».
С самого дна. Сначала безжизненные молекулы. Объединить их. И надеяться на жизнь.
Это сложно. Другие создавали маслянистые пузырьки. Другие помещали генетический материал внутрь пузырьков. Но объединить их вместе? В основном — невозможно.
До сих пор.
Клеточное деление — сложнейшая задача. Реальные клетки используют белковые кольца. Они закрепляются, сжимаются и пережимают клетку. Белки действуют как лебедки для ДНК.
Адамаля пыталась имитировать этот процесс. Не получилось. Или, может быть, она отказалась от этой идеи. Вместо этого она нарушила правила.
Биофизики знали, что белки на мембранах вызывают изгиб. Давление нарастает. Мембрана изгибается. Лопается.
Ее пузырьки захватывали плавающие белки. Когда их накапливалось достаточно, поверхность изгибалась внутрь. И лопалась пополам. Просто.
На то, чтобы отточить этот процесс, ушел год.
«Но если оно работает, то работает», — сказала она.
Затем она собрала всё воедино.
Броth. Около ста типов белков. Химикаты для реакций. Гены, взятые у вируса. И E. coli. Всего 36 генов. Копирование ДНК. Базовые функции.
Смешайте суп. Добавьте компоненты мембраны. Самостоятельно образовались пузырьки. Некоторые захватили внутри «суп». Идеально.
Они плавали в колбах. Питались через каналы на своей поверхности. Всасывали маленькие молекулы.
Иногда пища поступала в виде крупных пузырьков. Клетки сталкивались с ними. Сливались. Крали питательные вещества.
Начинался рост.
Добавьте специальный белок. Он цепляется за поверхность. Вызывает изгиб. Разделение. Две новые клетки. Растут. Питаются. Повторяют цикл.
Это, по сути, эволюция.
Они создали мутантов. Эти мутанты лучше прилипали к «пищевым» пузырькам. Провели эксперимент 50/50: оригинал против мутанта. Пять поколений.
Мутанты выиграли.
Вот и переломный момент.
Теперь ученые могут заставлять синтетические клетки соревноваться друг с другом. Селекция по признакам. Быстро.
Но есть недостатки. Серьезные.
Клетка не может создать собственную рибосому. Эта молекулярная фабрика производит белки. Без нее жизнь замирает. SpudCell несет гены для её сборки. Но не делает этого сама. Детали не соединяются.
Адамаля добавляет готовые рибосомы в смесь.
Это временное решение.
После пяти-десяти поколений рибосомы деградируют. Перестают работать. Клетка останавливается. Не умирает. Просто ломается.
«Я не хочу говорить “умирает”», — сказала она.
Энди видел это. Был поражен. Основал Biotic. Неприбыльную организацию. Открытое сообщество.
Его жизненное дело? Вложить всё в это.
Цель: сделать SpudCell простой в производстве.
Адамаля тратит на это день. У неё есть морозилки. Знания. Рецепты отточены. Biotic устранит барьеры для входа. Даст ученым инструменты.
Они хотят клетки, которые строят собственные части. Делятся бесконечно.
«Это вполне выполнимо», — говорит Гласс.
Встреча в Филадельфии в этом сентябре. Безопасность — приоритет.
Подумайте об этом. Неэтичное использование? Биологическое оружие? Возможно.
Будущие клетки могут быть устойчивыми. Созданными для войны? Или для производства ракетного топлива. Природные клетки не справятся с некоторыми токсичными химическими процессами. А эти — справятся.
Открытый исходный код поможет держать это под контролем. Лучше говорить об этом сейчас, чем реагировать позже.
Энди сравнивает SpudCell с «Уайт Флайер» (Wright Flyer). Тем хлипким самолетом 1903 года. Двенадцать секунд полета.
Он не подарил нам Boeing 737.
Но он начал эру полетов.
Мы только начинаем.
