Синтетичні біологи та їхні ігри у створенні штучних геномів призвели до появи не існуючих у природі організмів, ДНК яких містить лише мінімально необхідний набір генів. Ідеальний код. Без єдиної зайвої сходинки.
Учасники
Джордж Черч, професор Гарвардського університету і Массачусетського технологічного інституту, розробив кілька революційних методів секвенування ДНК, зробив великий внесок у створення ГМ-технологій з використанням CRISPR/Cas9. У 2015 році успішно пересадив гени шерстистих мамонтів у ДНК сучасних слонів. Крейг Вентер, президент власного інституту генетики. Керував незалежним проектом з читання ДНК людини. У 2010 році продемонстрував живу клітку зі штучним геномом: її ДНК не збиралася з фрагментів, виділених з інших клітин, а синтезувалася в лабораторії.
Мета гри
Клітини - це основа життя. Вони містять спадкову інформацію у вигляді молекул ДНК, сукупність яких називають геномом. Геном визначає, які молекули клітина буде виробляти, як вона буде ділитися, які хімічні реакції здійснювати. Деякі з цих функцій універсальні: здатності подвоювати свою ДНК і синтезувати білки, ділитися, поглинати речовини з навколишнього середовища і формувати мембрану потрібні майже будь-якій клітці.
Інші завдання спеціалізовані і часто пов'язані з пристосуванням до конкретних умов життя. Наприклад, бактерії можуть мати гени, що забезпечують захист від антибіотиків, а можуть і не мати, якщо вона їм не потрібна. Клітини багатоклітинних організмів містять у геномі інструкції, що дозволяють їм кооперуватися і взаємодіяти, організовуватися в просторі і спеціалізуватися, формуючи складні тканини та органи. Ділянки ДНК, що регулюють ці процеси, часто не потрібні окремим клітинам, але необхідні для функціонування цілого організму.
Завдання, яке вирішують наші гравці, полягає в тому, щоб встановити мінімальний набір генів, необхідний клітці. Такий організм повинен містити повний комплект інструкцій, що дозволяють йому підтримувати своє існування і ділитися - але нічого понад це. Тільки найпотрібніше.
Вирішення цього завдання важливе з трьох причин. По-перше, ми зможемо краще зрозуміти, як працюють клітини. По-друге, отримаємо зручну модель для вивчення генів та їх функцій. По-третє, «мінімальний» організм можна буде адаптувати для синтезу яких-небудь ліків, біопалива або іншого потрібного з'єднання. Позбавлений зайвих генів організм не буде витрачати час і ресурси на їх роботу і копіювання, ставши більш ефективним виробником.
Ігрове поле
Розміри генома можуть бути дуже різними, і зі складністю самого організму прямо вони не пов'язані. ДНК круглих хробаків Caenorhabditis elegans включає 97 млн нуклеотидів і приблизно 20 000 генів. Геном людини куди більш громіздкий - 3 млрд нуклеотидів, але кодуючих білки генів у нас трохи більше, ніж у нематоди, всього 20 ‑ 25 тисяч. Але бувають організми з ще більш «роздутими» геномами. Наприклад, у двоякодишньої риби Protopterus aethiopicus він в 40 разів більше, ніж у людини. Такий розкид у розмірах багато в чому пояснюється тим, що крім важливих генів ДНК накопичує масу зайвого і непотрібного. Ще в 2004 році були отримані миші, з геному яких вирізані досить великі «порожні» фрагменти ДНК - в 1,5 і в 0,8 млн нуклеотидів. Такі тварини нічим не відрізнялися від своїх звичайних родичів, нормально розвивалися і залишали здорове потомство.
Найбільш «економічними» геномами можуть похвалитися віруси, бактерії та археї. Серед останніх рекордсменом залишаються живуть в гарячих джерелах Nanoarchaeum equitans, ДНК яких складена всього з 490 000 нуклеотидів і містить рівно 5408 генів. Один з найбільш компактних геномів бактерій належить паразитичним Mycoplasma genitalium: 580 000 нуклеотидів і смішні 475 генів, що кодують білки. Шкода, що ці мікроби розмножуються надто повільно і не надто зручні для досліджень. Втім, у них є близькі і швидкозростаючі родичі Mycoplasma mycoides з приблизно вдвічі більшим геномом і кількістю генів. ДНК саме цієї бактерії вибрав Крейг Вентер для подальшої «оптимізації».
Хід Вентера
У 2010 році командою Вентера була отримана синтетична копія геному M. mycoides. Вчені перенесли її в клітку, з якої заздалегідь була видалена власна ДНК; отримана мікоплазма нормально ділилася і функціонувала. Саме цю роботу співробітники американського журналу Newsweek охрестили «Грою в бога». Але якщо це була гра, то в 2016 році Вентер «переграв» Творця, скоротивши вихідний геном мікоплазми вже приблизно вдвічі - і знову отримавши абсолютно життєздатні клітини.