Синтетическая биология изменит наш мир

Тридцать лет назад геолог Дугал Диксон обрел известность благодаря своей книге «После человека: зоология будущего». В ней автор фантазирует о том, как преобразится животный мир далеких времен, где уже не будет людей. Книгу населяют причудливые существа вроде десятитонной гигантилопы с длинными загнутыми вперед рогами или песчаной акулы Psammonarus spp — огромного насекомоядного, походящего на сосиску с притупленной крепкой головой и мощными лопатообразными ступнями. И все же читатель, ожидающий буйства форм, будет разочарован: все животные напоминают сегодняшних, а изменения сводятся к вариациям уже известного. Причина проста: Диксон старался не требовать от эволюции того, что ей не по плечу. Сегодня мы снисходительно улыбаемся его крысоморжам и камышеногам, ведь в скором времени у нас появится своя, куда более диковинная фауна.

В 2012 году группа ученых из Хантер-колледжа Городского университета Нью-Йорка вывели мышей, гиперчувствительных к запаху взрывчатки. Обонятельный аппарат обычной мыши насчитывает около 10 млн нейронов, причем на каждый конкретный запах реагируют примерно 4000 из них. У мыши MouSensor с помощью генной инженерии удалось значительно увеличить (до 1 млн) количество нейронов обонятельной луковицы, реагирующих на молекулы конкретного вещества — 2,4-динитротолуола (ДНТ, запах его похож на запах ТНТ — тротила). Такие животные чувствуют нужный запах в 500 раз острее, чем их немодифицированные собратья. Одновременное возбуждение столь большого количества нейронов будет приводить к судорожным припадкам, так что можно поместить под кожу грызунам чип, чтобы он дистанционно сообщал о судорогах: так мышь становится биосенсором для поиска противопехотных мин и прочих взрывчатых материалов. И хотя раньше животные с измененными генами редко покидали стены лабораторий, теперь ситуация может измениться. Смысл этих манипуляций с ДНК именно в том, чтобы новые организмы работали на пользу человека в естественной среде.

Например, группой ученых из Калифорнийского университета в Ирвине и французского Центра Пастера уже созданы трансгенные комары, обладающие повышенной сопротивляемостью Plasmodium falciparum (возбудителю самого смертоносного типа малярии). Технические возможности сегодня позволяют распространить крупные популяции модифицированных насекомых в главных очагах заражения и тем самым сдержать размножение диких особей, несущих инфекцию.

Нас может вдохновить дерзкий шаг биологов из австралийских университетов Квинсленда и Мельбурна и американского Университета Северной Каролины, которые создали комаров, устойчивых к вирусу лихорадки денге (правда, не с помощью генной инженерии, а заразив их одним из штаммов внутриклеточной симбиотической бактерии Wolbachia), и выпустили их в двух районах на северо-востоке Австралии. Спустя несколько месяцев в этой местности почти не осталось зараженных комаров — их вытеснили «искусственные».

В сентябре 2014 года тот же трюк повторили биологи бразильского Исследовательского института Fiocruz, и аналогичные программы готовятся во Вьетнаме и Индонезии. Можно не сомневаться, что производство разных ГМ-насекомых в обозримом будущем будет только расти; в первую очередь это коснется переносчиков наиболее распространенных болезней, под угрозой которых живет до половины населения земного шара.

Совсем недавно биологи разработали новую технологию геномного редактирования — CRISPR, которая позволяет вырезать и вставлять фрагменты ДНК с высочайшей точностью. Это открывает совершенно новые перспективы в генной инженерии. Нас уже не удивляют овцы с повышенным содержанием в мясе жирных кислот Омега-3, созданные китайскими учеными из Института генетики и биологии развития в Пекине, или модернизированные биологами из Университета Вайоминга козы, в молоке которых содержится белок паучьего шелка. В настоящее время молекулярный генетик Скотт Фаренкруг из Университета Миннесоты воплощает свою идею — выращивает безрогих коров. Для этого он вырезал из генома молочной коровы десять генетических букв и вставил 212 от другой породы. И все же генные инженеры пока заняты мелкими правками, сводящимися к получению нужного вещества или снижению риска болезней у животного. Если же заглянуть в завтрашний день, мы увидим совсем иную картину.

Британский дизайнер Александра Гринсберг не искушена в генетике, зато точно уловила, куда ведет дальнейшее развитие технологий. Она вообразила мир будущего, в котором искусственно созданные существа свободно обитают в лесу, чтобы приносить пользу не человеку, а самой природе. С закислением почв у нее борются слизни, выделяющие щелочную жидкость, листья деревьев покрыты подвижной биопленкой, защищающей от грибков, а похожие на дикобраза создания помогают растениям распространять семена, собирая их длинными волосками и разбрасывая гибкими иглами. В таком лесу на стволе дуба надуваются пузыри, впрыскивающие лечебную сыворотку, и их даже трудно принять за животных. Не случайно Гринсберг подчеркнуто называет свои биологические создания «устройствами».

Такая фантазия ненаучна и выглядит наивной, однако она обретает смысл, если смотреть не на форму, а на содержание. Дизайнер лишь выразила своими средствами идею о третьем периоде в жизни человечества, который мы активно приближаем. В начале своей истории люди использовали «естественные» мощности, такие как огонь, мышцы быков или реакции брожения. Позже они научились конструировать не существующие в природе механизмы и синтезировать новые материалы. Это можно назвать этапом «искусственного», и на этом построена вся современная цивилизация. Теперь же развитие технологий ведет к тому, что различие между природным и рукотворным, между организмом и механизмом начнет постепенно размываться. Человек будет по-всякому перестраивать первые и частично выращивать вторые; граница между ними станет условной вплоть до невозможности узнать происхождение объекта.

Нас ждет расцвет синтетической биологии. Новые поколения животных будут гораздо разнообразнее, нежели наши породы собак, и куда более искусственными. Их будут проектировать. Прообраз такого подхода мы видим в конкурсе iGEM (International Genetically Engineered Machine, см. «ПМ» №?2'2014), в рамках которого студенты из разных стран состязаются в «биохакерстве». На основе набора ДНК-фрагментов, манипулируя генами, они должны создать живую клетку с необычными свойствами. Например, команда из Калифорнийского университета в Беркли превратила кишечную палочку в заменитель красных кровяных телец для переноса кислорода в кровотоке. А студенты Кембриджа разработали на основе той же кишечной палочки искусственную бактерию E. chromi, способную окрашивать среду своего обитания в зависимости от наличия, например, токсинов.

Пройдет совсем немного времени, и генная инженерия станет доступной каждому. Создать животное или даже его гибрид с машиной будет не сложнее, чем сегодня собрать компьютер из купленных деталей. Мир наполнится существами, на фоне которых светящиеся в темноте котята будут выглядеть игрушками на уровне младших классов средней школы. Внешний вид и поведение таких биосистем не сможет предсказать ни один футурист, даже Дугал Диксон.