Если сжать всю историю жизни на Земле до двадцати четырех часов, то многоклеточные организмы появились в последние двенадцать часов, динозавры - в последний час, первобытные люди - в последние сорок секунд, а современный человек - меньше секунды назад.
Первым примитивным организмам понадобилось два миллиарда лет на то, чтобы внутри них возникло ядро - первый шаг к усложнению. Но чтобы эволюционировать до многоклеточных организмов, им понадобилась всего десятая часть этого времени - двести миллионов лет. И всего четыре миллиона лет отделяет тупых обезьян с их грубыми костяными орудиями от современного человека и генной инженерии. Вот насколько стремительно ускоряется темп эволюции.
Крайтон. Рой
Американские ученые Оргел и Крик выдвинули в свое время оригинальную гипотезу о том, что жизнь на Земле возникла не случайно, а занесена из космоса в результате некоего вселенского эксперимента - так называемой "направленной панспермии".
Научный креационизм -- оппозиционное эволюционным взглядам философско-религиозное направление. Теистический эволюционизм (эволюционный креационизм) признаёт теорию эволюции, однако утверждает, что эволюция является орудием Бога-Творца в осуществлении его замысла.
Последователями идей теории "разумного замысла" предложено несколько критериев "искусственности" объекта, основанных на понятиях теории систем и теории информации. "Неупрощаемая сложность" М. Бихи
Профессор Бостонского университета М. Шерман предлагает гипотезу об искусственном появлении "универсального генома" в Кембрии для объяснения причин так называемого кембрийского взрыва в эволюции многоклеточных. Причём он настаивает на научной проверяемости своей гипотезы Michael Y. Sherman, Universal Genome in the Origin of Metazoa, 2007 http://www.landesbioscience.com/journals/cc/article/4557 ,
Инопланетяне высадились на Земле миллиарды лет назад.
Пришельцы запросто могут находиться среди нас. Только мы их по разным причинам не замечаем. То ли не в состоянии обнаружить, то ли не прикладываем для этого необходимых усилий. Да и сами люди могут иметь гены внеземного происхождения, не догадываясь об этом. Инопланетяне где-то рядом.
С такой гипотезой недавно выступили двое австралийских исследователей -- профессор Пол Дэвис (Paul Davies) и доктор Чарльз Лайнвивер (Charles Lineweaver). Свою теорию они опубликовали в журнале Astrobiology.
Учёный полагает, что люди и сами могут быть отчасти инопланетянами. Не исключено, что миллиарды лет назад между нашими предками и неземными формами жизни произошло своего рода скрещивание генетических материалов.
"Вполне допустимо, что остатки альтернативных биохимических систем оказались включёнными в земные организмы, -- рассказывает Дэвис. -- Мы могли бы представить это как смешивание различных типов жизни или небольшой обмен компонентами отдельных родов".
Membrane Константин Болотов, 13 апреля 2005
Клинтон Ричард Докинз ( en. Clinton Richard Dawkins; р. 26 марта 1941) -- английский этолог, эволюционист и популяризатор науки. В 1982 сделал значительный вклад в теорию эволюции книгой "Расширенный фенотип", предложив считать, что фенотипические эффекты гена не ограничены организмом особи и могут простираться на среду обитания, включая организмы других особей.
"Эгоистичный ген" ( en. "The Selfish Gene") -- популярная и, в некотором роде, дискуссионная книга об эволюции, написанная Ричардом Докинзом и опубликованная в 1976 году.
Эволюция рассматривается как эволюция генов. Особь эволюционирует для того, чтобы максимизировать количество копий своих генов.
Вирусологическая теория эволюции -- эволюционная теория, считающая главным фактором наследственной изменчивости не радиоактивность или другие факторы, а заражение вирусом, изменяющим наследственность заражённого организма. Вирус, как известно, способен переносить значительное число генетического материала и тем самым вызывать резкое, скачкообразное изменение сразу многих признаков того или иного вида.
"Сколько бит информации содержится в наследственном материале различных форм жизни? Сколько ответов типа "да--нет" на различные биологические вопросы записано на языке жизни? Вирусам требуется около 10 000 бит -- примерно столько же информации, сколько содержится на этой странице. Но вирусная информация проста, очень компактна и чрезвычайно эффективна. Ее чтение требует очень пристального внимания. Это инструкции, необходимые для инфицирования другого организма и самовоспроизведения -- единственного, на что годны вирусы. Бактерия использует около миллиона бит информации, что соответствует примерно 100 печатным страницам. Жизненные функции бактерий куда многообразнее, чем у вирусов. В отличие от вирусов они не являются законченными паразитами. Бактерии сами зарабатывают себе на жизнь. Свободноплавающая одноклеточная амеба устроена еще во много раз сложнее; в ее ДНК содержится около четырехсот миллионов бит. Потребовалось бы примерно восемьдесят пятисотстраничных томов, чтобы создать амебу.
* Интересно отметить, что наиболее компактные компьютерные вирусы, появившиеся в конце 1980-х гг., тоже имели размер около 10 000 бит. -- Пер.
Киту или человеку требуется где-то около пяти миллиардов бит. Если информацию объемом 5 • 109 бит, что составляет нашу энциклопедию жизни и содержится в ядре каждой клетки, записать, например, на английском языке, получится тысяча томов. Каждая из ста триллионов ваших клеток заключает в себе полную библиотеку инструкций по изготовлению всех частей тела. Любая из ваших клеток -- результат последовательного деления единственной клетки -- оплодотворенного яйца, выработанного организмами ваших родителей. Всякий раз, когда клетка делилась на очередной стадии эмбрионального развития, приведшего к вашему появлению на свет, оригинальный набор генетических инструкций дублировался с величайшей точностью. Таким образом, клетки вашей печени хранят неиспользуемую информацию о том, как создаются клетки ваших костей, и наоборот. Генетическая библиотека объединяет в себя все знание, которое обеспечивает жизнедеятельность вашего тела. Древняя информация с величайшим тщанием, с исчерпывающими, даже избыточными подробностями предписывает, как смеяться, как чихать, как ходить, как распознавать образы, как продолжать род, как переваривать яблоко".
КАРЛ САГАН Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации Издательство "Амфора". 2005
Обширные отличия человека от шимпанзе раскрыты в мусорной ДНК. Шимпанзе обладают более весомыми отличиями от нас в наследственном коде, чем было принято думать. Об этом авторы нового исследования
рассказали в журнале Mobile DNA .Новые вариации в наследственном коде двух видов выявлены в регионах, про которые ещё недавно думали, что они отвечают за малое число задач, а то и вовсе не несут какой-либо
функции.
Группа Джона Макдоналда (John McDonald) из технологического института Джорджии провела новое сопоставление геномов шимпанзе и человека, открыв в них ранее неизвестные различия.
Профессор Макдоналд объясняет суть открытия: "Мобильные элементы когда-то считались "мусорной ДНК". Теперь, кажется, что они могут быть одной из главных причин, почему мы так сильно отличаемся от шимпанзе. Наши результаты в целом согласуются с понятием, что морфологические и поведенческие различия между
людьми и шимпанзе происходят преимущественно из-за разницы в регуляции генов, а не в их последовательности" .Хотя по кодирующим белки генам идентичность двух наследственных кодов, как ныне считается, составляет 98,5%, в "скрижалях жизни" Pan troglodytes и Homo sapiens есть интересные особенности, влияющие на фенотипические, физиологические и поведенческие различия.
Авторы работы изучили участки вокруг генов и нашли там большие изменения (в тысячи пар оснований), по всей видимости, влияющие на регуляцию работы аппарата наследственности.
Учёные открыли, что эти "пробелы" были модифицированы эволюцией путём вставки-удаления (indel) ретротранспозонов.
Эти вирусоподобные последовательности составляют примерно половину генома и у человека, и у шимпанзе, напоминает пресс-релиз института.
Добавим, что поиск отличий и совпадений в геноме человека и шимпанзе идёт не одно десятилетие, да и объяснение главной загадки - "почему же при очень высоком сходстве кода мы на практике столь различны?" - биологи ищут давно.
На этом пути у исследователей было несколько остановок: Первые данные об удивительной идентичности генома двух видов появились ещё в 1975-м, хотя о полной расшифровке кода тогда и речи не шло. Но в 2003 году по функциональным генам было определено сходство геномов более чем на 99%.
В 2006 году среди таких участков в наследственном коде человека был выявлен необычайно быстро менявшийся ген, показавший много отличий от своего аналога у шимпанзе. Но и такая находка не могла полностью объяснить скачок в эволюции, потому в том же году после дополнительного анализа кода появилось подозрение, что важные обновления кроются в "мусорных" участках генома.
Эта идея была расширена: за отличия отвечают не столько кодирующие белки гены, сколько вариации в последовательности их активации. Данная мысль была блестяще подтверждена в 2007 году при помощи анализа регионов-промоутеров - в них была найдена масса отличий. В 2008 году биологи обнаружили, что на работу генетического аппарата человека и шимпанзе большое влияние оказывает различие не только в перечне имеющихся генов, но и в числе копий генов.
Membrane. Леонид Попов, 26 октября 2011
Открыт необычный вирусный код внутри ДНК человека
Наследственный код у людей, а также у целого ряда других млекопитающих содержит фрагменты генетической последовательности специфичного вируса, который мог сыграть важную роль в изменчивости видов, как с
положительным, так и с отрицательным знаком. Об этом сообщила группа учёных из Японии и США, возглавляемая Кэидзо Томонагой (Keizo Tomonaga) из университета Осаки (Osaka University).
По данным последних исследований, целых 8% человеческого генома происходит не от наших предков-животных, а от вирусов. Однако до сих пор в наследственном коде людей обнаруживались вставки только от различных ретровирусов. Теперь же Томонага и его коллеги открыли первый пример наследования (эндогенизации) у млекопитающих генетического кода от вируса, не принадлежащего данному семейству.
И это оказался борнавирус (Bornavirus) -- РНК-вирус, интересный тем, что его репликация происходит в ядре клетки.
Учёные проанализировали 234 генома из тех видов, что ранее были секвенированы полностью. В результате нуклеотидные последовательности, гомологичные генам борнавируса (endogenous Borna-like nucleoprotein elements -- EBLN), обнаружены в геномах человека, некоторых нечеловекообразных приматов, нескольких грызунов и слонов. Причём в ряде случаев в EBLN оказались нетронутыми открытые рамки считывания, и происходила экспрессия генов с синтезом мРНК.
Интересно также, что анализ показал -- добавление кода от борнавируса в код всех этих существ происходило независимо и в разные этапы эволюции. Так, у сусликов данная "обнова" в геноме появилась совсем недавно, а у приматов -- 40 миллионов лет назад. Всё это натолкнуло японских и американских генетиков на мысль о
важной роли данного вируса в механизме генетической изменчивости видов.
Открытие международной группы учёных прокомментировал и развил Седрик Фешотт.
Как и в случае с ассимиляцией кода других вирусов, "новая" последовательность интегрируется в хромосомы половых клеток и далее передаётся от родителей к детям. И это важно, поскольку ранее борнавирус сам по себе биологи лишь связывали с неврологическим заболеванием Борны (Borna disease) и было известно,
что поражает этот вирус только нейроны.
Однако получается, что подобные инфекции наших очень отдалённых предков оставили след в геноме нашего вида. Как это происходит, японцы показали на опыте, заразив борнавирусом культивированные человеческие клетки и тут же обнаружив свежие
примеры формирования в геноме этих клеток новых последовательностей EBLN.
Седрик рассуждает, что такие случаи заражения популяций с последующим наследованием части генома вируса могут служить источником мутаций в мозге, приводящих к самым различным (по знаку) последствиям для вида в целом. В частности, Фешотт предполагает, что имеется связь между древним подарком от
борнавируса людям и таким заболеванием, как шизофрения.
По данным японцев, попавший некогда в клетки животных геном борнавируса зафиксировался в наследственном коде видов. Далее судьба такой "добавки" может быть различна: она способна распасться на псевдогены или может быть кооптирована в форме нового гена, экспрессия которого даже будет
играть какую-то роль в работе клеток.
Циркулирующие свободно последовательности из генома борнавируса могут попасть в геном клеток головного мозга. И хотя они далее не будут наследованы, они способны вызывать мутации, в свою очередь, ведущие к различным расстройствам.
membrana, 11 января 2010
Полный геном одного биологического вида найден в другом membrana, 3 сентября 2007
Учёные из университета Рочестера (University of Rochester) и института Крейга Вентера (J. Craig Venter Institute -- JCVI) обнаружили в геноме плодовой мушки (Drosophila ananassae) полную копию генома бактерии-паразита
Wolbachia.
Бактерия вольбахия проживает в цитоплазме клеток хозяина и известна тем, что научилась тонко регулировать размножение, развитие и даже эволюцию своих хозяев. Поэтому её часто называют "микробом-манипулятором" или "повелителем мух" (так как проживает она в клетках насекомых).
"Сначала мне это показалось просто невозможным, -- говорит Джек Уэррен (Jack Werren), профессор биологии из университета Рочестера, руководивший исследованием. -- Этот паразит "обжился" в клетках почти 70% беспозвоночных Земли. А сейчас мы нашли, по крайней мере, один биологический вид, в котором
весь или почти весь геном бактерии встроился в геном хозяина, то есть геном хозяина содержит закодированную информацию о двух совершенно разных видах".
Результаты проведённого исследования опубликованы в статье в журнале Science. В ней авторы предполагают, что горизонтальная передача генов (передача генов между видами, не являющимися родственными) происходит между бактериями и многоклеточными организмами в нашем мире значительно чаще, чем предполагалось
ранее.
Расшифровка молекулярно-генетических механизмов манипуляций, осуществляемых вольбахией со своими хозяевами, даст человеку мощные новые средства воздействия на живые организмы и природу в целом.
Кстати, совсем недавно специалистами из JCVI была проведена первая трансплантация всего генома между видами.
В геноме бактерии впервые обнаружен кусок кода человека
Проанализировав ДНК нескольких штаммов бактерии Neisseria gonorrhoeae, вызывающей гонорею, учёные из США нашли внутри её генетического кода небольшую часть генома человека. Биологи впервые фиксируют пример такого переноса.
Обнаружили новую генетическую и отчасти эволюционную головоломку Хэнк Зайферт (Hank Seifert) и Марк Андерсон (Mark Anderson) из Северо-Западного университета (Northwestern University). Учёные изучили последовательности нуклеотидов 14 колоний бактерии.
Когда же полученную информацию стали прогонять через компьютерную программу, проверяющую коды на наличие "загрязнений", выяснилось, что в геномах трёх штаммов присутствует "человеческая" последовательность L1.
"Никогда ранее мы не наблюдали, чтобы кусок кода млекопитающего переходил в ДНК бактерии", -- признаётся Зайферт. Скорее всего, это произошло благодаря горизонтальному переносу генов.
Статья авторов открытия появится в журнале mBio. До нынешнего исследования передачу частей ДНК и даже полной генетической последовательности находили в "парах": бактерия -- бактерия, бактерия -- дрожжи и бактерия -- медуза.
Membrane Юлия Рудый, 15 февраля 2011
Коэволюция -- совместная эволюция видов, взаимодействующих в экосистеме. Изменения, затрагивающие какие-либо признаки особей одного вида, приводят к изменениям у другого или других видов.
Наиболее обычным примером коэволюции является взаимодействие в системе "хищник-жертва". Приспособления, вырабатываемые жертвами для противодействия хищникам, способствуют выработке у хищников механизмов преодоления этих приспособлений. Длительное совместное существование хищников и жертв приводит к формированию системы взаимодействия, при которой обе группы устойчиво сохраняются на изучаемой территории. Нарушение такой системы часто приводит к отрицательным экологическим последствиям.
Примером коэволюции является взаимодействие организмов при мутуализме. В этом случае эффективность взаимодействия организмов важна для выживания особей обоих видов.
Одним из ярких случаев коэволюции видов при мутуализме является совместная эволюция некоторых цветковых растений и их опылителей. Цветок этих растений устроен таким образом, что нектар из него может достать только определённый вид насекомых или птиц колибри.
Так как экосистемы формируют сеть межвидового взаимодействия, то все виды, входящие в экосистему, должны коэволюционировать.
'Уиттекер Р.'' Сообщества и экосистемы. -- М.: Прогресс, 1980. -- 327 с.
"Новая концепция представляет эволюцию как взаимоотношения между непрерывно развивающимися формами живых существ. ...
Сейчас, в двадцать первом веке, уже ясно, что коэволюция не ограничивается непрерывно нарастающими взаимными приспособительными изменениями парных биологических видов. Коэволюция может охватывать и три, и десять, и вообще абсолютно любое количество взаимодействующих видов. На лугу произрастает множество разных растений, они подвергаются нападению множества разновидностей насекомых и вырабатывают самые разнообразные способы защиты. Растения конкурируют с другими растениями, насекомые конкурируют с другими насекомыми, более крупные животные поедают и растения, и насекомых. Результатом этих сложных взаимодействий всегда являются эволюционные изменения.
А они всегда непредсказуемы...
В ближайшие пятьдесят - сто лет, вероятно, появится новый класс организмов. Это будут искусственные организмы - в том смысле, что изначально они были спроектированы и созданы человеком. Тем не менее им будет присуща способность к воспроизводству, они будут эволюционировать в нечто отличное от своей изначальной формы; они будут живыми в полном смысле этого слова... Эволюционные изменения будут происходить невероятно быстро... Воздействие на человечество и на биосферу может оказаться огромным, гораздо более значительным, чем воздействие промышленной революции, ядерного оружия и загрязнения окружающей среды. Мы должны уже сейчас предпринять шаги для того, чтобы удержать под контролем распространение искусственных организмов..."
Крайтон М. Рой: Роман: Эксмо; Москва; 2004
"Вскоре мы будем обладать технологическим "ноу-хау", позволяющим изменять человеческий геном за одно поколение. Генная инженерия как наука появилась в конце 1960-х -- начале 1970-х годов после открытия ферментов рестриктаз (Avise, 1998). Изучая, как вирусы и кольца дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), так называемые плазмиды, инфицируют клетки бактерий, рекомбинируют и воспроизводят себя, ученые обнаружили, что вирусы производят ферменты, названные рестриктазами, которые рассекают цепочки ДНК в специфических местах. Ферменты рестриктазы распознают определенные отрезки нуклеотидов, расположенных в специфическом порядке, и рассекают ДНК только в этих местах. Каждый фермент рестриктаза распознает свою нуклеотидную последовательность. Таким образом, ферменты рестриктазы образуют молекулярный "набор инструментов", который позволяет разрезать хромосому на различные отрезки желаемой длины в зависимости от того, какое количество различных ферментов рестриктаз используется. Каждый раз, когда используется определенный фермент рестриктаза или группа таких ферментов, ДНК разрезается на одно и то же количество идентичных отрезков, что обеспечивает точную репликацию. В 1978 году Нобелевская премия по физиологии была присвоена открывателю фермента рестриктазы Гамильтону О. Смиту, а первыми, кто использовал эти инструменты для анализа генетического состава вируса, стали Дэниел Натане и Вернер Арбер.
Ферменты рестриктазы позволяют удалять элемент ДНК из хромосомы одного организма и встраивать его в хромосому другого (Avise, 1998). Это создает возможность для продуцирования новой комбинации генов, которая может отсутствовать в природе. Например, человеческий ген можно встроить в бактерию, а ген бактерии -- в растение.
...После выделения в начале 1980-х годов ретровирусных векторов (переносчиков инфекции) стала широко доступной возможность эффективного переноса генов в клетки млекопитающих в целях генной терапии.
...
В настоящее время ретровирусы используют в качестве транспортирующих средств, которые переносят гены-лекарства к клеткам внутри человеческого организма".
Палмер
Заговорить о новых формах жизни и новейших формах ее уничтожения ученых заставило открытие генетика Крейга Вентера, в прошлом году представившего миру простейший биосинтетический организм, способный к размножению. Первый в мире искусственный организм получил имя Синтия.
Узнав о том, что Вентер вышел на конкурентную дистанцию с Богом, специалист по этике, профессор Оксфордского университета Джулиан Савулеску сказал пророческие слова: "Вентер распечатал самые заветные врата в человеческой истории, а быть может, и в его судьбе. Это (открытие) в дальнейшем может быть использовано для создания самого мощного биологического оружия, какое только можно себе
представить. Теперь наша задача состоит в том, чтобы съесть яблоко, не проглотив червя".
По мнению специалиста исследовательской группы NASA в Университете сингулярности Эндрю Хесселя, генная инженерия стала новым рубежом компьютерного программирования. "Это одна из мощнейших технологий в современном мире.
Синтетическая биология - это программирование жизни, - утверждает Хессель. - Я берусь утверждать, что клетки - это живые компьютеры, а ДНК - язык программирования".
В ходе выступления Хессель предрек наступление эры, когда "распечатки" и "дешифровки" ДНК станут обычным делом. "Я мечтаю о том, что программирование жизни будет решать глобальные проблемы и позволит человечеству обрести гармонию в пределах биосферы", - сказал он. Однако тут же предупредил, что революционный прорыв может стать катастрофой в том случае, если научные разработки попадут не
в те руки.
По словам Хесселя, биокибернетика позволит программировать вирусы и бактерии таким образом, что, попадая в человеческий мозг, они станут проводниками чужой воли. Так, вредоносные микроорганизмы, введенные человеку под видом обычной вакцины, позволят влиять на поведение "носителя" и даже полностью контролировать его разум. Хессель предположил, что нечистые на руку люди превратят эти
технологии в своего рода оружие, а всем остальным придется подсесть на различные антивирусы.
Сходного мнения придерживаются не только отраслевые специалисты, но и эксперты по вопросам безопасности. "Синтетическая биология приведет к новым формам биотерроризма, - полагает специалист по информационной защите Марк Гудман. - На сегодняшний день биопреступность сродни компьютерной преступности в начале 1980-х годов. Тогда ее не считали серьезной проблемой, между тем она росла в
геометрической прогрессии".
utro.ru
Азбука основного кода жизни (записанного в громадном биополимере, которым ДНК и является), какой мы её знаем, состоит из четырёх букв (азотистых оснований): аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) и тимина (T). Ещё есть, правда, основание урацил (U), обычное для РНК, но в ДНК встречающееся только у некоторых вирусов.
Ну и существуют ещё некоторые исключения. Но всё же можно упрощённо сказать, что всё разнообразие живого, которое мы наблюдаем, от бактерий до человека -- это комбинации команд, образованных сочетанием всего четырёх буковок.
Понять, как этот код работает, можно не только анализом существующих живых существ на уровне отдельных генов, кодонов и так далее, но и синтезом кодов. ДНК из искусственных компонентов учёные создают не впервые. Из ярких достижений можно вспомнить рукотворную ДНК, содержащую 582 970 пар "стандартных" оснований, но последовательно собранную в пробирке из простых химикалий, а ещё -невероятную ДНК, почти полностью состоящую из искусственных нуклеотидов, отличных от тех, что использует земная жизнь. А недавно биологи вообще впервые синтезировали искусственные РНК, способные к автономной саморепликации. Это прибавило весу гипотезе РНК-мира, предшествовавшему нынешней системе, в которой главным носителем наследственной информации является молекула ДНК.
Синтетическая биология: Жизнь 2.0 уже проходит бета-тестирование
Перебирая карты в колоде ДНК , можно создать что угодно, хоть человека
Миллиарды лет эволюции породили великое разнообразие организмов. Но ещё есть масса направлений для развития. А ждать ещё миллиард лет до появления чего-то нужного -- учёные не хотят. Новое
направление генной инженерии ставит перед собой грандиозную цель: создание принципиально иной жизни.
Практических приложений новой науки видится масса. Например, создание генинженерных микробов, которые сидели бы в чанах и производили бы сложнейшие и дефицитные лекарства -- дёшево и в промышленных объёмах.
При этом, что важно, адепты синтетической биологии намерены прийти к такому положению дел, когда любой нужный организм биотехнологии создавали бы, пользуясь набором генетических последовательностей из обширного банка.
Это должно напоминать создание электронной схемы из промышленных транзисторов и диодов. Человек, собирающий новую схему, даже не обязан знать, что у этих деталей внутри и принцип, по которому они действуют. Ему важно только знать характеристики используемой детали -- что имеем на входе, и что -- на выходе.
Группа учёных MIT разложила на составляющие вирус Т7, словно машину. Корни синтетической биологии уходят в 1989 год, когда команда биологов из Цюриха под руководством Стивена Беннера (Steven Benner)
синтезировала ДНК, содержащую два искусственных генетических слова (или букв, в
общем -- нуклеотидных пар), помимо четырёх известных, используемых всеми живыми
организмами Земли.
Представьте, что всё разнообразие жизни кодируется длиннейшими цепочками чередующихся четырёх нуклеотидных "букв". Упрощённо представим такую запись как ВААГБАВАГБББААГВ и так далее, и тому подобное.
На самом деле -- это вещества -- аденин, цитозин, гуанин и тимин, но для простоты обозначим их именно первыми буквами алфавита.
И тут вдруг учёные добавляют в этот язык никогда не применявшиеся в природе Д и Е -- другие вещества, вплетающиеся в код жизни. Есть от чего взяться за голову. Конечно, от шестибуквенной генетической последовательности до целых "шестибуквенных" организмов -- большая дистанция, но впору говорить о зарождении
Жизни 2.0.
Тогда можно будет проектировать живые системы, которые ведут себя предсказуемым (и заказанным по желанию) образом и используют взаимозаменяемые детали из стандартного набора кирпичиков жизни.
Нужно сказать, что многое в этом направлении уже сделано. Например, Энди охотно показывает посетителям своей лаборатории ящичек с 50 колбами, заполненными густыми жидкостями.
В каждой колбе -- строго определённый фрагмент ДНК (в МIТ их называют биокирпичами -- BioBrick), функция которого определена. Его можно внедрить в геном клетки, и та начнёт синтезировать заранее известный белок.
Все отобранные биокирпичи спроектированы так, чтобы хорошо взаимодействовать со всеми другими на двух уровнях. Чисто механически -- чтобы его легко было изготовить, хранить и, наконец -- включать в генетическую цепочку.
И, так сказать, программно -- чтобы каждый кирпич посылал определённые химические сигналы и взаимодействовать с другими фрагментами кода.
Из ДНК можно составлять логические схемы. Сейчас в MIT создали и систематизировали уже более 140 таких элементарных кирпичиков -- фрагментов ДНК.
Зная заранее характеристики этих кирпичиков, учёный может произвольно соединять их, программируя отклик живого на те ли иные химические сигналы.
Любопытно, что один из созданных Энди кирпичиков -- это генетический аналог компьютерного оператора НЕ. Когда на его входе высокий сигнал (определённые молекулы), то на выходе -- низкий уровень синтеза определённого белка. И наоборот: химический сигнал на входе низкий -- высокий сигнал (то есть синтез
белка) -- на выходе.
Другой биокирпичик спроектирован так, что является биохимическим оператором И. То есть он имеет два химических входа и синтезирует белок, только когда сигнал есть на каждом из них одновременно.
Комбинируя эти фрагменты ДНК, можно сделать живой оператор НЕ-И, а из Булевой алгебры известно, что из должного числа таких операторов можно организовать любую логическую схему, реализующую любые двоичные вычисления.
О двоичной памяти из отдельных бактерий мы уже сказали -- вот вам и скрещивание живого и машинного.
Дальнейшее продвижение идеи тормозится одной сложностью -- поместив сконструированную ДНК в некую клетку, мы, невольно, заставляем взаимодействовать новые последовательности с теми, что имеются у исходной клетки.
Точнее -- со всех биохимией, которая крутится там, в соответствии с закодированной в исходном геноме информацией.
Очень многие из кирпичиков, которые пробовали внедрять в генетический код клетки реципиента -- просто уничтожали её. А ведь именно клетка должна обеспечивать жизнь нашей искусственной ДНК, её копирование и распространение.
Ведь мы же хотим создавать искусственные организмы. Да и непонятно пока, как заставить реагировать на химические сигналы только отдельный, допустим, ДНК-транзистор, ведь рядом с ним в одном котле клетки будут "вариться" ещё несколько таких же элементов. Тут пора думать о создании искусственного биохимического провода.
Но, так или иначе, работа движется вперёд. Вот, прошлой осенью группа учёных из американского института биологических энергетических альтернатив (Institute for Biological Energy Alternatives) всего за две недели собрала на пустом месте живой вирус-бактериофаг phiX174, синтезировав шаг за шагом его ДНК -- а это 5
тысяч 386 нуклеотидных пар.
Синтезированный вирус вёл себя точно так же, как и его природные собратья. Конечно, вирус -- очень маленький объект. Но всё равно достижение впечатляет --представьте по аналогии, что учёные взяли воду, железо, натрий, калий, серу, цинк, марганец, фосфор и так далее, и тому подобное, и синтезировали из этого
всего живого кота. Или человека.
Membrane/Леонид Попов, 3 сентября 2004
Геном из пробирки обещает миру блага и бедствия
В представлении ETC Group клетка Synthia (так ETC назвала клетки с искусственным геномом) может оказаться для человечества ящиком Пандоры.Учёные подошли к созданию искусственной формы жизни, но
открытым остаётся вопрос, готово ли человечество к её появлению. Недавнее заявление учёных о рождении в лаборатории синтетической клетки, невиданной ранее в природе, оказалось не совсем верно понятым. Однако даже фраза "нет дыма без огня" -- слишком мягкое определение происходящего.
Крейг Вентер (Craig Venter), глава института имени себя (J. Craig Venter Institute -- JCVI), заявил на днях о намерении создать первую в мире искусственную форму жизни: клетку с полностью синтезированным геномом.
Вентер известен как один из самых ярких сторонников синтетической биологии (смотрите также этот материал) -- науки, поставившей своей целью не только научиться разбирать живое по кирпичикам, но собирать из этих кирпичиков новое живое.
Под кирпичиками тут понимаются белки, жиры, различные внутриклеточные механизмы и, главное, ДНК. Из впечатляющих достижений синтетической биологии следует отметить создание искусственной клетки (геном для которой, впрочем, был заимствованным у одного из организмов) и недавнее изготовление клеток со
встроенной генетической "петлёй памяти".
Современные методы синтеза уже позволяют шаг за шагом, основание за основанием, создать ДНК по заранее намеченному плану. Собственно новое достижение Вентера, вернее, собранной им команды учёных во главе с нобелевским лауреатом Гамильтоном Смитом (Hamilton Smith), заключается в синтезе из лабораторных химикалий некой хромосомы, в природе не существовавшей. Так утверждает Guardian.
Крейг Вентер назвал построение синтетического генома "важным философским шагом в истории нашего вида" (фото Evan Hurd/JCVI).Заключённый в синтетической хромосоме генетический код содержит 381 ген или 580 тысяч пар нуклеотидных оснований. Это некий минимум, достаточный, чтобы клетка могла жить. Данный код основан на коде одноклеточного Mycoplasma genitalium, из которого учёные убрали значительную
часть (по некоторым данным -- 80%), обозвав оставшиеся гены (вернее, гипотетический новый вид одноклеточного) Mycoplasma laboratorium.
Способность этой новой формы жизни копировать себя и усваивать питательные вещества будет зависеть от молекулярных машин клетки, в которую должен быть имплантирован новый код. В этом смысле Mycoplasma laboratorium не будет полностью синтетической формой жизни. Однако её ДНК будет искусственной.
Таким образом, следующий предполагаемый шаг Вентера, Смита и их коллег по JCVI --встраивание этого генома в клетку, чтобы доказать, что этот геном возьмёт под контроль организм и тот сможет жить самостоятельно.
Насколько реальна замена всего генома в клетке? Такой шаг уже был опробован. Совсем недавно там же, в JCVI, была проведена первая трансплантация всего генома между двумя видами. Вентер "на 100% уверен", что та же самая техника будет работать для искусственно созданной хромосомы.
Также специалисты из JCVI принимали участие в работе, в ходе которой внутри генома одного биологического вида был найден полный геном другого вида, и проводили исследования по генной модификации вирусов.
Вентер полагает, что спроектированные геномы обладают огромным потенциалом. Они могут привести к появлению альтернативных источников энергии (синтез биотоплива), или к бактериям, которые помогут удалять лишний углекислый газ из атмосферы.
Пэт Муни (Pat Mooney), директор канадской организации ETC Group, занимающейся вопросами биоэтики и опасности некоторых научных достижений для природы и общества, поясняет, что Вентер создал "шасси", на котором можно построить почти всё. "Это может принести пользу для человечества, такую, как создание новых
лекарств, или может оказаться огромной угрозой, в облике биологического оружия",-- говорит Муни.
Вентер, фактически, намерен получить простой базовый организм, на котором в дальнейшем можно проверять работу самых разнообразных искусственных или заимствованных генов. Причём в этом универсальном коде присутствуют кусочки от разных организмов, подобранные таким образом, чтобы обеспечивать базовые функции клетки, включая рост и размножение.
Такой "минимальный" организм предоставлял бы идеальные условия для опытов с генами, поскольку в нём не будет содержаться ничего лишнего.
Группа учёных из JCVI даже оформила американский патент на "минимальный бактериальный геном", которого достаточно для поддержания жизни одноклеточного организма, и подала заявку на аналогичный международный патент, где перечислены более 100 стран, в которых он должен защищать права института на данный код.
"Мы пробуем создать новую систему ценности для жизни. Ведя дело в таком масштабе, вы не можете ожидать, что каждый будет счастливым", -- говорит Вентер.
Membrane/ Леонид Попов, 10 октября 2007
Впервые в мире создан искусственный вирус
Исследователи нью-йоркского университета (University of New York at Stony Brook) -- доктор
Уиммер сотоварищи -- сумели создать искусственный вирус полиомиелита. То, что это известие наделало много шуму, совершенно неудивительно.
Событие это действительно заслуживает пристального внимания. Особенно, учитывая связанные с этим событием обстоятельства.
Итак, что же, собственно произошло? Группа учёных во главе с доктором Эккартом Уиммером, в буквальном смысле произвели на свет искусственного двойника вируса полиомиелита -- чрезвычайно опасного заболевания, которое может стоить заболевшему жизни.
Двойник оказался совершенно идентичен своему природному собрату. Заражённые синтетическим вирусом лабораторные мыши вскоре оказались парализованными, а позднее умерли. Исследователи, судя по всему, специально упомянули о некоторых обстоятельствах своей работы: во-первых, необходимый биологический материал (а именно -- цепочки генов) был, по словам ученых, "выписаны по почте". Не труднее оказалось найти информацию о строении вируса: при конструировании вируса ученые следовали "предписаниям, скачанным из Интернета". В общем, закрытой -- пока -- оказывается только информация о технологическом процессе, то есть о том, каким именно образом учёным удалось создать, а, точнее, "собрать по частям" полноценный (и вполне убойный) вирус.
Учёные давно спорят, что такое вирусы. Одни полагают, что это простейшая форма жизни. Другие отказываются признавать вирусы "живыми", поскольку те способны воспроизводиться лишь в клетках высокоорганизованных форм жизни, -- за счёт этих клеток.
В "Малой медицинской энциклопедии", впрочем, вирусы называются "мельчайшими микроорганзимами", хотя у них и отсутствует клеточное строение и белоксинтезирующая система. На латыни, кстати, слово Virus означает "яд". В случае с синтезированным вирусом ответ вопрос "живой он, или мёртвый" значит
многое. Если вирус -- это действительно форма жизни, то результат работы Уиммера и его коллег доказывает теоретическую возможность искусственной жизни...
"Собрать по частям" вирус полиомиелита, по свидетельству одного из сотрудников Эккарта Уиммера, оказалось "чрезвычайно просто". Однако даже некоторые другие вирусы синтезировать оказывается в несколько раз труднее. А, например, давно уже признанные живыми организмами бактерии и микробы
организованы во много раз сложнее, чем любой вирус. Соответственно, "сделать" их окажется ещё большей проблемой. Во всяком случае в настоящее время эта задача практически невыполнима.
Обычно вирусы воспринимаются лишь как возбудители болезней -- от банального гриппа до СПИДа. Наверное, именно с этим связаны опасения, что Уиммер и его коллеги фактически дают в руки террористам новое оружие, и что те бросятся синтезировать какие-нибудь особо убойные вирусы, от которых никому не будет
спасения.
"Теперь же к этому придется относиться со всей серьёзностью", -- считают Уиммер и Кo, -- "У всех научных исследований есть опасные стороны, так что "миру следует всегда быть настороже".
membrana Юрий Ильин, 15 июля 2002
Вирус Эбола может быть синтезирован.
Новая методика синтезирования полиовирусов в лабораторных условиях делает реальностью многолетний кошмар фантастов: репликацию вируса Эбола или знаменитой испанки, унесшей в 1918 году жизни 40 миллионов человек.
Как оказалось, всё очень просто и, главное, дёшево: достаточно взять основные гены вируса-убийцы и внедрить его в РНК его ближайшего "родственника". Вот, собственно, и всё.
Самое страшное состоит в том, что техническое описание этой операции уже размещено в Сети и теперь любой человек, вооружённый достаточным запасом знаний и ясным видением цели, может создать новую версию испанки буквально на кухне. Кроме того, возможному конструктору даже не понадобится прибегать к сложным
диверсионным акциям в духе фильма "Миссия невыполнима-2". Достаточно просто знать, что представляет собой тот или иной полиовирус, чтобы "собрать" его из кусков ДНК другого совершенно безобидного вируса.