БИЗНЕС В СИНТЕТИЧЕСКОМ ВИДЕ

Сэм Джаффи
В мире науkи No 8, C.18-19, 2 0 0 5

Манипуляции с генетическим материалом – отнюдь не новость. Однако Коллинз встроил в бактериальные клетки не один чужеродный ген, а целую генетическую сеть из множества генов, взаимодействующих между собой, а также с генетическим аппаратом микроорга- низма. Цепь он позаимствовал у другой бактерии, Vibrio fischerii. Если генную инженерию в традиционном пони- мании можно уподобить замене одной отвертки в набо- ре инструментов, то подход, используемый Коллинзом, аналогичен смене сразу всего набора.

39-летний Коллинз – представитель сообщества ученых, разрабатывающих новое направление в современной науке, синтетическую биологию. Пока они занимаются изготовлением компонентов для искусственных живых систем – необычных нуклеиновых кислот, аминокислот, пептидов и т.д. А некоторые даже надеются создать искусственный организм (см. «Синтетическая жизнь», «В мире науки», №9, 2004 г.). Считается, что синтетическая биология находится пока в зачаточном состоянии. Молодые исследователи с увлечением ставят эксперименты и публикуют многочисленные статьи, изобилующие математическими выкладками. А в это время Коллинз работает над созданием технологий, имеющих практическое применение, и уже преуспел в этом больше, чем кто-либо другой. Его исследования показывают, что синтетическая биология готова к созданию конкурентоспособных продуктов.

Самым многообещающим детищем молодой области науки стал РНК-риборегулятор (о нем Коллинз сообщил в печати в 2004 г.). Он пред- ставляет собой фрагмент ДНК, который с помощью вирусного вектора вводится в хозяйскую клетку и встраивается в ее геном. Затем на фрагмен- те синтезируется мРНК, интегрирующаяся с рибосомой («фабрикой» по производству белков) и блокирующая синтез специфического белка. Однако регулятор может, напротив, по команде разблокировать рибосому, и тогда белок будет синтезироваться. По существу, риборегулятор позволяет ученым управлять синтезом белков со 100%-ной точностью и эффективностью.

Идею риборегуляции быстро подхватили другие ученые. Так, Ричард Маллиган (Richard Mul l igan) из Гарвардской медицинской школы сконструировал регулятор, который включается в ответ на присоедине- ние к мышиным клеткам специфической молекулы. Если будет дока- зана работоспособность подобных устройств в организме человека, то клетки больного можно будет перенастраивать на выработку нужных ему лекарственных веществ. Чтобы запустить или остановить «микроконвейер», достаточно будет проглотить пилюлю. До реализации таких идей еще далеко, и Коллинз это понимает. Он создал компанию, Cellicon Technologies и ведет переговоры с рядом фирм о совместной деятельности по внедрению своей инновации в сферу фармакологии. Рибопереключатель – это не единственное перспективное детище Cellicon. Сотрудники компании формализовали использованные ими принципы и создали программу для скрининга потенциальных лекарственных веществ, действие которых распространялось бы на клетку в целом, а не на один из ее белков.

«Современные фармацевтические компании стремятся разработать методику тестирования, которая позволит доказывать, что данное вещество бьет точно в цель, – замечает Коллинз. – Пока они не очень преуспели в том, чтобы предсказать, как оно подействует на все другие гены и клеточные белки».

В самом начале своей карьеры Коллинз собирался стать электро- техником. Однако, получив престижную английскую стипендию Родса для учебы в Оксфордском университете, он занялся нелиней- ной динамикой (известной также под названием теории хаоса) под руковод ством Иана Стюарта (Ian Stewart), знаменитого математи- ка из Уорикского университета. «Коллинз – самый убежденный при- верженец междисциплинарного подхода из всех, кого я знаю, – говорит Стюарт. – Есть люди, которые могут работать только в рамках своей дисциплины. Джим – не из их числа». Вернувшись из Англии, Коллинз начал работать в Бостонском университете на факультете биоинже- нерии. Его заинтересовала проблема связи между чувством равновесия у человека и характеристиками стохастических (случайных) сенсорных стимулов. «Обычно мы рассматриваем шум как некую помеху, искажающую сигнал, – объясняет Коллинз. – Но в ряде случаев шум может улучшать сигнал». Он предположил, что пожилые люди утра- чивают чувство равновесия, в частности, потому, что становятся менее восприимчивы к стохастическим стимулам, таким как давление на стопы ног при ходьбе. Он сконструировал питаемую от батарейки стельку для обуви, которая генерирует стохастические колебания, так что чувство равновесия у 75-летних людей восстанавливается до уровня, свойственного 25-летним.

В разгар работ Коллинз получил неожиданное предложение принять участие в подготовке проекта по генетическим сетям для представ- ления его комитету по распределению грантов. Как правило, гены не работают поодиночке. Они служат компонентами генетической сети, и каждый из них постоянно влияет на поведение других генов. Никакой специальной подготовки в области молекулярной биологии у Коллинза не было, и тем не менее он с головой ушел в работу над проектом. Гранта проект не получил, зато Коллинз осознал, что современная биология подготовлена к восприятию инженерных идей гораздо лучше, чем кажется на первый взгляд. «В клеточной биологии пока преобладает ре- дукционистский подход – изучение клетки через разложение на части, но это не лучший способ понять, как она работает, – заявляет Коллинз. – Противоположный подход (создание живой системы из частей) позволяет достичь цели гораздо быстрее».

Вскоре Коллинз возглавил группу ученых, сконструировавших в 1999 г. генетический тумблер. Он состоял из двух неродственных друг другу генов, каждый из которых кодировал белок, подавляющий активность второго гена пары. В зависимости от того, какое химическое вещество добавлялось в культуральную среду,где росли бактерии, инактивирова- лись белковые продукты одного из генов. В традиционной генной инженерии для поддержания нового гена в рабочем состоянии необходимо постоянное введение некоего стимулятора. Тумблер же остается включенным (или выключенным) все время, пока живет организм. Коллинз продолжает усовершен- ствовать свой генетический тумблер. Как и риборегулятор, он представляет интерес для фармацевтических компаний. В целом же работы Коллинза в области создания синтетических сетей помогают проверять еще более сложные модельные системы, имитирующие клетку человека. Однако ученый твердо уверен в ограниченности такого подхода. «Моя заветная мечта – вовсе не какая-то виртуальная клетка, – гово- рит он. – Не так уж важно, насколько мы преуспели в моделировании. Все равно это никогда не заменит реальных экспериментов».