22.03.2012 | Наука

Сочинители генов

Белок, которого никогда не существовало в природе, не только успешно считывался в клетке, но и работал в ней.

Не успел мир вволю поудивляться дерзости команды Крейга Вентера, сумевшей заменить в живой клетке ее собственный геном синтетическим и получить вполне жизнеспособный организм, как ученые сделали новый шаг на пути к искусственной жизни. Профессор химии Принстонского университета Майкл Хечт со своими дипломниками и аспирантом создали гены, кодирующие несуществующие в природе белки. И не только создали, но и доказали их способность работать на пользу организму-обладателю.

Как известно, в нашем алфавите 33 буквы. Их цепочки образуют слова, число которых в русском язвке измеряется сотнями тысяч, не считая различных форм одного слова. А могло быть и гораздо больше: одних только шестибуквенных сочетаний (что примерно равно средней длине одного русского слова) можно составить больше миллиарда: 1 291 467 969. И даже если исключить те, что трудно или вовсе невозможно произнести (например, начинающиеся с мягкого или твердого знака), все равно их останется гораздо больше, чем нужно языку.

В биохимическом алфавите жизни букв-аминокислот всего 20, но поскольку длина «слова» (белковой молекулы) обычно измеряется сотнями таких букв, общее число возможных белков невозможно даже представить – оно на много порядков превосходит число атомов во Вселенной.

И уж тем более оно неизмеримо больше общего числа живых организмов, когда-либо рождавшихся за все время существования жизни на нашей планете. А значит, биологическая эволюция могла испытать лишь ничтожную часть этого немыслимого разнообразия.

Конечно, некоторые из этих мириадов теоретически мыслимых белков были бы термодинамически нестабильны или даже вовсе невозможны. Другие могут оказаться токсичными, а огромное большинство – просто бесполезными, неспособными выполнять никакую полезную для организма функцию. Наконец, следует учесть и то, что «орфография» белков куда менее строга, чем у современных систем письменности: замена одной аминокислоты на другую часто не меняет или почти не меняет свойств белка (точно так же, как средневековые новгородцы в своих берестяных грамотах писали и КОНЬ, и КЪНЬ, и КЪНЕ – и все это одинаково читалось «конь»). Молекулы, различающиеся такими «незначимыми» аминокислотами, принято считать не разными белками, а версиями одного белка.

И все же среди такого множества белков наверняка нашлись бы молекулы, абсолютно не похожие ни на какие существующие, но при этом способны, скажем, катализировать какую-то нужную живому организму реакцию. Их-то и попытались создать принстонские ученые.

Работа началась с того, что специальная компьютерная программа составила более миллиона аминокислотных последовательностей – термодинамически устойчивых и не похожих ни на какие известные белки. Из них ученые отобрали 27, трехмерная структура которых (рассчитанная опять-таки компьютером) позволяла предполагать, что они могут проявлять ферментативную активность. Далее последовательность аминокислот была перекодирована в последовательность нуклеотидов – попросту говоря, для каждого белка был написан кодирующий его ген. Каждый такой ген был искусственно синтезирован, а затем внедрен в ДНК бактерии, у которой перед этим был удален один из «естественных» генов. После этого «реконструированные» клетки были высажены на специальную среду, для жизни на которой необходим белок, кодируемый удаленным геном. На такой среде бактерия могла выжить лишь в том случае, если небывалый белок, считанный с искусственного гена, заменит утраченный фермент.

В четырех случаях из 27 именно это и произошло: клетки, лишенные жизненно важного гена, успещно росли и размножались. Белок, которого никогда не существовало в природе, не только успешно считывался в клетке, но и работал в ней.

Понятно, что эта работа открывает поистине необозримые перспективы как для фундаментальной, так и для прикладной науки – от биотехнологического производства любых нужных человеку веществ до конструирования небывалых организмов. А тем, кто в очередной раз затянет надоевшую песню о «непредсказуемых последствиях» и «вмешательстве в божественные прерогативы», можно напомнить, что в любезном им Средневековье богобоязненные алхимики, не размениваясь на такую мелочь, как бактерии и белки, пытались создать в пробирке сразу искусственного человека.

Источник: «Знание – сила» № 6, 2011,