Лъчезар Карагьозов
Послеслов (Синтетична биология)

Мат Ридли пише последните страници на „Геномът“ през юли 2000 г. Тогава е завършен човешкият геном в чернова. Скоро след това, през февруари 2001 г., две от най-авторитетните научни списания („Нейчър“ и „Сайънс“) публикуват първия работен вариант на кода.

Оттогава са изминали десет години. Това са години на успехи в изучаване на човешкия геном. Излизат ли тези успехи от рамките на книгата на Мат Ридли? Загубила ли е тя актуалността си днес? Определено може да се каже — не. Основите, върху които е построен „Геномът“, остават същите.

Книгата на Мат Ридли разказва за произхода на живота и човека, за географските преселения, пола, историята и причините на много болести. Читателят вероятно с интерес ще прочете за IQ-тестовете и наследяването на интелигентността, за вродената способност към език или за спора, доколко характерът и постъпките се определят от „природата“ или от „възпитанието“. Това са все теми основни за книгата, за които обаче може да се каже, че са гранични. Те засягат, от една страна, записите и „рецептите“ в генома, а от друга — различните човешки дейности, научни, културни или даже политически проблеми. Въпросите, поставени в „Геномът“, остават актуални и днес, а основните идеи, по които се спори, са същите. Крайни отговори, убедителни за всички, все още няма.

Има, разбира се, уточнения. Например днес се знае, че гените на човека не са 80 хиляди, а „само“ 25–30 хиляди; привържениците на връзката на Xq28 със сексуалната ориентация при мъжете са обезкуражени от новите изследвания; познанията, придобити за стволовите клетки, започват да водят до обещаващи успехи при замяната на човешки органи и т.н.

Все пак, в духа на „Геномът“ нека разкажа за едно развитие. Без да включва фундаментални научни открития, то обещава да отвори нови хоризонти и да реши най-основните проблеми, стоящи пред всички нас. Става дума за проекта „Синтетичен живот“, известен още като проект „Изкуствен геном“. Този проект е свързан с името на Крейг Вентър и по него в Калифорния от няколко години работи група от около двадесет учени. Основите на проекта звучат по следния начин: „Разчели сме кода на човека и още кодовете на растения, гризачи, маймуни, насекоми и на десетки вируси и микроорганизми. Днес тази информация се намира в компютрите ни, записана върху твърдия диск.“ Въпросът, който вълнува Крейг Вентър, а и не само него, е следният: „Може ли информацията от твърдия диск на компютъра да се използва за създаване на нов жив организъм? Като начало същият, а защо не и различен?“

Първият и най-основен проблем пред проекта е: „Може ли да се синтезира хромозома?“ Или с други думи, може ли информацията от компютъра да се превърне обратно в дълга молекула ДНК? Като начало Вентър решава да построи хромозомата на един бактериален вирус (бактериофаг), започвайки от химически синтезирани ДНК верижки. Вирусът е ФиХ 174, той е един от най-малките и поразява коли- бактериите. Такава задача обаче е потискащо сложна. Хромозомата на ФиХ 174 е дълга над 5000 бази („букви“), а химическият синтез на ДНК е труден. Съществуват машини, които сравнително точно могат да синтезират верижки, но само от 50–60 бази, т.е. 100 пъти по-къси. Какво да се прави?

На помощ идва възможността да се синтезира ДНК вече не химически, а чрез ензими. Накратко процесът е следният: две ДНК верижки се синтезират така, че да се припокриват и да имат допълващи се (комплементарни) краища. Тогава ензимите in vitro лесно могат да построят нова молекула ДНК, по-дълга от изходните, която да представлява техен сбор. Ако този процес се повтаря и верижките се съединяват, може да се построи ДНК, дълга няколко хиляди „букви“. През 2003 г. Вентър обявява първата синтетична хромозома, носеща 11 гена. Синтезираната вирусна хромозома е пълноценна — тя може да инфектира коли-бактериите, които след това произвеждат зрели вируси, съставени вече от ДНК и белтък.

Това постижение можеше да остане незабелязано (освен от любителите на биологичната борба с вредителите или на биологичните оръжия), но то открива възможност от няколко десетки ДНК молекули с дължина 5–6 хиляди „букви“ да се построи най-прост клетъчен геном. Така Вентър се обръща към синтеза на бактерията Mycoplasma, най-простият организъм, способен да живее самостоятелно. Хромозомата на Mycoplasma обаче е дълга над 500 000 „букви“, т.е. 100 пъти по-голяма от постигнатото дотук. Това е разбираемо — геномът на най-простата клетка трябва да носи всички инструкции за синтеза на ДНК, РНК, белтци, мембрани, за производство на енергия.

Тук влиза в действие процес, най-мощен при един микроб, който, казват, е записан в книгата на рекордите на Гинес. Това е Deinococcus radiodurans, който издържа, както подсказва името му, на огромни дози радиация. При такива дози ДНК се унищожава, разкъсана на фрагменти, и не може да служи за инструкция за каквото и да е. Ненапразно хранителните продукти успешно се стерилизират, като се облъчват с гама-лъчи. Този микроорганизъм така и е бил открит. В средата на миналия век в Орегон, САЩ, една консерва, облъчена с унищожителна доза гама-лъчи, се разваля. На някого това се е видяло странно…

Причината за радиоустойчивостта на Deinococcus radiodurans е рекомбинацията на ДНК. Този процес може от накъсаната ДНК да сглоби изходната хромозома. В лабораторията на Вентър точно такава система за рекомбинация е била използвана, за да се получи хромозомата на Mycoplasma. Така е била синтезирана най-голямата молекула, направена от човек, с молекулна маса над 330 милиона! Това не е абсолютно копие на природната хромозома; в нея има участъци като „водни знаци“ или „етикети“, по които тя се отличава от всички други хромозоми.

Но хромозомите сами по себе си са инертни. За да могат да се „реализират“, те имат нужда от клетка, в която да се намират. Като последна стъпка ДНК на хромозомата е била пречистена, а след това вкарана в микробна клетка. Много скоро хромозомата завладява новия си дом и клетката, която е била от един биологичен вид, се превръща в клетка от друг вид. Така през 2008 г. е публикувано създаването на нов организъм, който носи научното название Mycoplasma laboratorium.

Това може и да не изглежда впечатляващо засега. Но нека помислим. Първо, съществува процедура, която позволява да се синтезира нов микроб с избран от нас геном. Второ, специалистите отчитат, че в компютрите е записан кодът на почти 20 милиона гени. Трето, всеки от тези гени може да стане съставна част на нов синтетичен организъм. На прага сме на синтетичното видообразуване, направлявано не от еволюцията по Дарвин, а от нас.

Отговорностите пред учените са огромни, но и възможностите са зашеметяващи. Това, което изглежда, че ще бъде изпробвано първо, е създаването на микроби за синтез на гориво от въглероден диоксид. В момента за нуждите на транспорт, индустрия и т.н. се изгарят големи количества гориво. Човечеството използва по 100 милиона барела нефт на ден. Това не може да продължава неограничено, да не говорим, че съдържанието на парникови газове в атмосферата се повишава.

От гледна точка на биолога всичко изглежда просто. Ако се използват възобновяващи се горива, които имат като източник на въглерод СО₂ от атмосферата, нещата ще бъдат различни. Известни са опитите да се използва като гориво алкохол, получаван при ферментацията на царевица, цвекло, дървесина и т.н. Това обаче се оказва лошо замислено. Отнема се земя, необходима за производството на храни, цената е висока. Най-важното — не е ефективно. Растенията от CO₂ синтезират нишесте и целулоза, а едва след това идва ред на ферментацията до алкохол. Сега в Калифорния се правят опити да се синтезират микроорганизми, които да превръщат CO₂ направо в гориво — метан, октан или бутанол. Надеждите са големи. Поставени в биореактори, тези изкуствени микроби, подхранвани от подаван отвън CO₂, биха променили коренно физиономията на петролната и химическата индустрии. Оптимистите са изчислили, че за Англия ще са необходими само 1000 такива биореактора. Бъдещето ще е много по-различно от това, което са описвали и най-смелите мечтатели!