Искусственно сделанная форма жизни обременила задачей ученых

    Разберите домик по частям — уберите заштукатуренные стенки, покрытые шифером потолки, паркетные полы — и вы останетесь с рамой, скелетом, который составляет ядро хоть какой структуры. Можем ли мы сделать то же самое с жизнью? Умеют ли ученые послойно сократить сложность жизни, дабы выявить сущность жизни, базу биологии? Пытаясь это же сделать, ученые сделали искусственный организм, владеющий только генами, важными ему же для выживания. Однако они понятия и не имеют, что выполняет приблизительно третья часть этих генов.

    Искусственно сделанная форма жизни обременила задачей ученых

    Работа Крейга Вентера и его коллег на данную тему существовала размещена в журнальчике Science практически на деньках. Команда Вентера скрупулезно развинчивала геном Mycoplasma mycoides, микробы, которая проживает в большом рогатом скоте, дабы выявить незапятнанный костяк генетических инструкций, могущих выполнять жизнь как только процесс. Результатом сего предстал крохотный организм под заглавием syn3.0, содержащий всего 473 гена. (Для сопоставления: пищеварительная палочка E. coli содержит от 4 перед началом 5 тыщ генов, а уж человек — порядка 20 000).

    Все же в этих 473 генах нашлась сияющая прореха. Ученые понятия и не имеют, что выполняет третья часть этих генов. Заместо тамошнего дабы подсветить главные ингридиенты жизни, syn3.0 проявил, сколько нам осталось познать об самых основах биологии.

    «На мой взор, в особенности увлекательно, что это же может нам поведать об фолиант, чего же мы и не знаем, — говорит Джек Шостак, биохимик из Гарвардского вуза, и не принимавший роли в изучении. — Так не мало генов с неведомыми функциями кажутся так важными».

    «Мы совсем удивлены и шокированы, — разговаривает Вентер, биолог, возглавляющий Университет им же. Дж. Крейга Вентера в Ла-Хойя, Калифорния, узнаваемый за собственный вклад в картирование людского генома. Исследователи ждали, что в растворы будет энное количество неведомых генов, может быть, от пяти перед началом десяти процентов генома. — Однако в итоге вышла превосходная цифра».

    Семя для козней Вентера существовало посажено в 1995 году, когда его команда расшифровала геном Mycoplasma genitalium, микроорганизма, проживающего в мочеполовых путях человека. Когда ученые Вентера начали ишачить над сиим новейшим проектом, они избрали M. genitalium — второй целиком секвенированный бактериальный геном — а именно, по причине его крохотного объема. С 517 генами и 580 000 буковками ДНК, эта бацилла владеет одним из самых коротких заведомых геномов посреди самовопроизводящихся организмов. (Некие симбиотические бактерии умеют выживать со 100-буквенными генами, однако полагаются на ресурсы собственного владельца в этаком случае).

    Малогабаритный комплект ДНК M. genitalium поднял вопросец: какое меньшее число генов может дозволить самому себе клеточка? «Мы жаждили познать базисные генные ингридиенты жизни, — говорит Вентер. — 20 годов назад это же казалось оптимальной мыслью — мы и понятия и не имели, к чему нас приведут двадцатилетние поиски».

    Малый план

    Вентер и его коллеги вначале намеревались сделать урезанный геном, основанный на познаниях учеными биологии. Они жаждили начать с генов, участвующих в более немаловажных действиях клеточки, вроде копирования и перевода ДНК, и от их уже возводить.

    Однако до того как они сумели бы сделать эту лаконическую версию жизни, ученым надо существовало узнать, как только спроектировать и выстроить геном с нуля. Заместо тамошнего дабы редактировать ДНК в живом организме, как только выполняет большая часть ученых, они жаждили получить комплексный контроль — спланировать собственный геном на персональном компьютере и потом синтезировать ДНК в пробирках.

    В 2008 году Вентер и его соратник Гамильтон Смит сделали первый синтетический бактериальный геном, построив измененную версию ДНК M. genitalium. Потом, в 2010 году, они сделали первый самовоспроизводящийся синтетический организм, произведя версию генома M. mycoides и пересадив его различным обликам Mycoplasma. Синтетический геном возобладал над клеточкой, вытеснил родную рабочую систему и поменял ее версией граждан. Искусственный геном M. mycoides был почти схож природной версией, кроме пары генетических пометок — ученые добавили свои имена и несколько небезизвестных цитат, включая немного искаженную версию реплики Ричарда Фейнмана: «Чего я и не могу сделать, тамошнего и не понимаю».

    Заполучив правильные инструменты, ученые разработали ряд генетических чертежей для собственных малых клеток и потом постарались выстроить них. «Ни один план и не удался», разговаривает Вентер. Он посчитал свои бессчетные беды наказанием за них высокомерие. Владеет ли современная наука достаточными познаниями базисных био принципов, дабы выстроить клеточку? «Ответом существовало сокрушительное нет», разговаривает он.

    Потому ученые избрали наиболее трудозатратный и темный путь, заменив подход проектирования алгоритмом проб и ошибок. Они нарушали гены M. mycoides, определяя нужные для выживания микробов. И стирали излишние гены, дабы сделать syn3.0, имеющую самый мелкий геном посреди любых независимо размножающихся организмов, найденных на сегодня на Планете земля.

    Искусственно сделанная форма жизни обременила задачей ученых

    Что все-таки осталось опосля липосакции генетического жира? Большая часть оставшихся генов учавствовало в одной из трех функций: создание РНК и белков, сохранение точности проигрывания генетической инфы и производство клеточных мембран. Гены для редактирования ДНК были по наибольшей части расходным материалом.

    ИСТИНА, осталось неясным, что проделывают другие 149 генов. Ученые сумели на глазок систематизировать подле 70 из их, основываясь на структуре генов, однако они понятия и не имеют, какую конкретно участие эти гены играются в клеточке. Опция 79 генов оказалась абсолютной загадкой.

    «Мы и не знаем, что они предлагают и посему они имеют значимое значение для жизни. Может быть, они проделывают нечто наиболее тонкое, пока что и не явное не оцененное в биологии», — разговаривает Вентер.

    Группа Вентера намеревается узнать, что проделывают таинственные гены, однако сложность задачки множится на то, что эти гены и не похожи ни на какие альтернативные узнаваемые гены. Один из методов обследовать них процедуру — сделать версию клеточки, в какой любой из этих генов можно будет включить и отключить. Когда его выключают, «что первое нарушается?», разговаривает Шостак. «Можно постараться прикрепить его к общему классу, вроде метаболизма либо воспроизводства ДНК».

    Сокращая перед началом нуля

    Вентер осторожно старается и не именовать syn3.0 всепригодной малой клеточкой. Если б он сделал этот же комплект тестов с иным микроорганизмом, разговаривает ученый, он мог бы придти к совсем альтернативному набору генов.

    На деле, нет никакого одного набора генов, в каком нуждаются все живы существа, дабы существовать. Когда ученые в первый раз начали находить нечто схожее 20 годов назад, они возлагали надежды, что элементарное сопоставление последовательностей генома от различных сортов поможет выявить основную сущность, которая присуща всем обликам. Однако по мере увеличения каталога последовательностей генома, эта главная сущность растворялась. В 2010 году Дэвид Ассери, биолог из Государственной лаборатории Оук-Ридж в Теннесси, и его коллеги сравнили 1000 геномов. И узнали, что нет ни одного гена, который имелся бы у каждого проявления жизни. «Существуют различные методы получить базисный комплект инструкций», разговаривает Шостак.

    За исключением тамошнего, особо значимое в биологии зависит по наибольшей части от среды организма. Например, представьте самому себе микроорганизма, который живет в присутствии яда вроде антибиотика. Этому микроорганизму будет нужно ген, который сумеет биться с токсином и будет немаловажным для него. Однако уберите токсин — и ген все больше и не востребован.

    Малая клеточка Вентера является товаром не совсем только собственной окружающей среды, да и всей истории жизни на Планете земля. Когда-то в истории биологии длиной в 4 млрд лет могла существовать клеточка проще данной. «Мы не попросту взяли и с нуля пришли к клеточке с 400 генов», разговаривает Шостак. Наряду с иными учеными он пробует сделать наиболее базисные жизнеформы, кои являются показательными для ранешних шагов эволюции.

    Некие ученые рассказывают, что этакий подход снизу ввысь нужен, дабы по-настоящему осознать сущность жизни. «Если мы когда-нибудь сможем осознать хотя бы простой жив организм, мы сможем спроектировать и сделать его с нуля, — разговаривает Энтони Фосте, биолог из Вуза Упсалы в Швеции. — Мы все гораздо далеки от данной цели».

    По материалам Quanta Magazine