Выше Бога: готово ли человечество к созданию искусственной жизни

Достижения синтетической биологии и удешевление технологий в скором времени могут позволить искусственно создать геном человека. Люди смогут создавать подобных себе существ и влиять на ход эволюции. Эта заманчивая идея порождает не только восхищенные отзывы, но и вызывает множество страхов. Прежде чем взяться за такой амбициозный проект, человеку придется найти ответы на множество вопросов, связанных с этикой и моралью.

Человечество близко к тому, чтобы создавать искусственную жизнь с нуля. В минувшие выходные группа из 150 ученых, собранная по специальным приглашениям, заседала в Гарварде. За закрытыми дверями этот совет обсудил перспективы проектирования и строительства генома человека с нуля при помощи компьютера, синтезатора ДНК и сырья. После этого полученный искусственный геном будет имплантирован в живую клетку человека, чтобы заменить его природную ДНК.

Ученые рассчитывают, что в результате клетка «перезагрузится», ее биологические процессы изменятся и будут работать на основе инструкций, предоставленных искусственной ДНК. Иными словами, если все получится, скоро мир увидит первую искусственную человеческую клетку.

Официально цель проекта не создание Человека 2.0. Инициатива получила название HGP-Write, HGP – это первые буквы слов Human Genome Project. Буквально ученые собираются «написать» геном человека. Также они ставят задачу изучить функционирование синтетических геномов в клетках.

Производство жизни

По своей сути синтетическая биология – это брак между строительством и биотехнологиями. Если секвенирование ДНК – это процесс чтения молекулы, а генная инженерия – редактирования, то синтетическая биология – это процесс программирования новой ДНК. Синтетическая биология позволяет строить новые формы жизни. Синтетические биологи рассматривают ДНК и гены как биологические кирпичи, которые могут быть использованы как взаимозаменяемые при создании и модификации живых клеток.

«У людей, работающих в этой области, образ мышления plug-and-play – подключи и работай. Когда ваш жесткий диск умирает, вы можете пойти в ближайший компьютерный магазин, купить новый и поменять его. Почему мы не должны использовать биологические детали таким же образом?» — говорит пионер синтетической биологии, профессор Калифорнийского университета в Беркли Джей Кислинг.

Кислинг и его коллеги собирают базу данных стандартизированных частей ДНК, получившую название «BioBricks» – «Биокирпичи». Эти «кирпичи» могут быть использованы как части пазла, они могут создать совершенно новый генетический материал.

То, что сейчас делают Кислинг и другие ученые, напоминает процесс создания нового языка программирования. Клетки – это устройство, а ДНК – программное обеспечение, заставляющее аппарат работать. Синтетические биологи считают, что при наличии достаточного количества данных о том, как работают гены, они смогут писать генетические программы с нуля, создавать новые организмы, изменять природу и даже направлять ход человеческой эволюции. Синтетическая биология отличается от генной инженерии именно масштабом. В то время как генетическое редактирование подразумевает внесение изменений при сохранении базы, синтетическая биология меняет всю суть. Возможности этого направления практически безграничны.

БиоЛекарства, БиоТопливо, БиоУрожай

Взрывное развитие синтетической биологии в последнее десятилетие уже продемонстрировало результаты, которые привели в восторг как ученых, так и корпорации. В 2003 году Кислинг опубликовал одно из самых ранних исследований, продемонстрировавших потенциальную мощь этого направления. Он работал с химическим веществом артемизинин — это мощный препарат против малярии. Он сделан на основе сладкой полыни и часто используется как последний шанс, если заболевание зашло слишком далеко. Несмотря на высокую ценность этого препарата и многочисленные попытки культивирования необходимых растений, урожайность остается крайне низкой.

Кислинг понял, что с помощью синтетической биологии можно обойти процесс сбора урожая в целом. Он рассудил, что путем введения нужных генов в клетки бактерий можно превратить их в машины по производству артемизинина, сделать их новым обильным источником этого препарата. Это было заманчивой идеей, но реализовать ее было не так просто. Команда ученых должна была построить совершенно новый путь метаболизма в клетке, научить ее обрабатывать ранее незнакомые ей химикаты.

Методом проб и ошибок исследователи «склеили» части десятков генов из нескольких организмов и объединили их в один «пакет» ДНК. Затем они имплантировали получившийся набор ДНК в кишечную палочку (E. Coli), эти бактерии обычно используются в лабораториях при производстве химических веществ. Ученым удалось вызвать новый процесс в бактерии, который отвечал за производство артемизинина. Постепенно команде Кислинга удалось повысить эффективность производства и снизить цену препарата более чем в 10 раз.

Артемизинин был лишь первым шагом в гораздо более масштабной программе. Этот препарат представляет собой углеводород, который принадлежит к семейству молекул, часто используемых для изготовления биотоплива. Так почему бы не использовать тот же самый процесс для производства биотоплива? Путем замены генов, используемых для производства артемизинина, команда уже разработала несколько микробов, способных превращать сахар в топливо.

Сельское хозяйство — еще одна область, готовая извлечь выгоду из синтетической биологии. Теоретически мы могли бы взять гены, используемые для выделения азота из бактерий, поместить их в клетки агрокультур, чтобы полностью изменить естественный процесс роста. При правильной комбинации генов можно получить зерновые культуры, которым нужно меньше воды, земли, энергии и удобрений. Достижения синтетической биологии могут быть использованы для производства совершенно новых продуктов – например, веганских сыров или других молочных продуктов, свободных от животных компонентов.

«Мы должны сократить выбросы углекислого газа и токсичных отходов, использовать меньше земли и воды, пестицидов. Мы можем повысить плодородность почв. Синтетическая биология может дать нам инструменты для достижения этих задач», — говорит доктор Памела Рональд, профессор Калифорнийского университета в Дэвисе.

Воссоздание жизни

Одна из конечных целей синтетической биологии – создание искусственного организма, изготовленного исключительно из специально разработанных молекул ДНК. Основное препятствие сейчас – недостаточное развитие технологий. Синтезирование ДНК стоит дорого, занимает много времени и редко проводится без ошибок.

Большинство существующих методов сейчас позволяют создавать нити ДНК длиной примерно 200 «химических букв», в то время как гены, как правило, более чем в десять раз длиннее. Геном человека содержит около 20 000 генов, которые производят белки. Тем не менее, затраты на синтез ДНК быстро сокращались в течение последнего десятилетия.

По словам генетика из Стэнфордского университета, доктора Дрю Энди, стоимость секвенирования отдельного отрезка гена сократилась с $4 в 2003 году до 3 центов в настоящее время. Ориентировочная стоимость печати всех трех миллиардов букв человеческого генома на данный момент составляет $90 млн, но может снизиться до $100 тыс в течение 20 лет, если тренд сохранится. Более разумные цены открывают перспективы для синтеза целого генома.

Еще в 90-е годы Крейг Вентер, сыгравший ведущую роль в области секвенирования генома человека, начал исследовать минимальный набор генов, необходимых для создания жизни. Вместе с коллегами из Института исследований генома Вентер извлек гены из бактерии Mycoplasma genitalium, живущей в половых и дыхательных органах, для выявления тех последовательностей, которые играют решающее значение для жизни. В 2008 году Вентер сложил вместе эти «жизненно важные гены» и построил весь новый «минимальный» геном из химических веществ с использованием синтезированных молекул ДНК. Несколько лет спустя Вентер вживил искусственный геном в другую бактерию. Гены прижились и «перезагрузили» клетку, позволив ей расти и самовоспроизводиться. Так появился первый живой организм с полностью синтетическим геномом.

От бактерии к человеку

Следующий этап, если появится финансирование, будет заключаться в повторе экспериментов Вентера на человеческом геноме. Но он почти в 5000 раз больше, чем бактерии, с которыми работал Вентер, и трудно сказать, насколько более трудоемким может быть процесс.

Даже если такая амбициозная цель не будет пока достигнута, эта сфера науки по-прежнему может совершить «квантовый» скачок вперед. По словам доктора Джорджа Черча, ведущего генетика в Гарвардской медицинской школе, в ходе работы над этим проектом могут появиться технологические достижения, которые улучшат общую способность синтезировать длинные цепочки ДНК, независимо от их происхождения. Черч считает, что основная цель этого проекта – это как раз развитие и продвижение технологий.

Но многие относятся к этому проекту скептически. По словам Дрю Энди, который был приглашен на встречу, но решил не участвовать дальше в проекте, эта программа первоначально была названа «HGP2: Проект синтеза генома человека», и ее основной целью было «синтезировать полный геном человека в течение десяти лет».

Вне зависимости от ее реальных целей, инициатива открывает перспективу изготовления людей по специальному заказу. Или даже полу-людей, чьими «родителями» могут быть компьютеры. Связанные с этим риски легко представить, и, несомненно, они пугают. Насколько это безопасно — манипулировать жизнью и строить ее? Какие последствия может иметь появление новых организмов в неподготовленном мире? Кто будет владеть технологией и иметь к ней доступ? Породит ли это новую волну дискриминации?

«Вы не можете начинать делать что-то подобное, если у вас нет системы ценностей, если вы не понимаете законы этики, красоты и эстетики нашего собственного существования. Учитывая, что синтез генома человека представляет собой технологию, которая может полностью изменить суть того, что в настоящее время объединяет все человечество вместе как биологический вид, рассмотрение этого проекта не должно происходить без открытого обсуждения всех моральных и этических вопросов”, — говорит Дрю Энди.