Синтетичната биология ще промени нашия свят
Последно: 9 февруари 2015 г. в 12:20
В помощ на електрониката, върху която е основана нашата съвременна цивилизация, в бъдеще ще дойдат биотехнологиите. Добре дошли в света на биопънка!
Преди тридесет години геологът Дугъл Диксън е придобил известност благодарение на своята книга „След човека: зоология на бъдещето“.
В нея авторът фантазира как ще се преобрази животинският свят в далечни времена, където вече няма да има хора.
Книгата е населявана от причудливи същества от рода на десеттонна гигантилопа с дълги завити напред рога или пясъчна акула Psammonarus spp – огромно насекомоядно, подобно на наденица с притъпена здрава глава и мощни лопатообразни крайници.
И все пак читателят, очакващ буйство от форми, е разочарован – всички животни напомнят днешните, а измененията се свеждат до вариации на вече известното.
Причината е проста – Диксън се е старал да не изисква от еволюцията това, което не ѝ е по силите. Днес снизходително се усмихваме на неговите творения, тъй като скоро ще си имаме наша, доста по-любопитна фауна.
Мишки минотърсачи
През 2012 година група учени от „Хантър колидж“ на Градския университет на Ню Йорк са отгледали мишка, хиперчувствителна към мириса на взривни материали.
Обонятелният апарат на обикновена мишка наброява около 10 млн. неврона, като на всеки конкретен мирис реагират около 4000 от тях. Мишката MouSensor с помощта на генното инженерство е със значително увеличени (до 1 млн.) неврони на обонятелната луковица, реагиращи на молекулите на конкретно вещество – 2,4-динитротолуол (мирисът му е подобен на мириса на тротил).
„За откриването на различни химични вещества в околната среда се използват химични методи, чиято чувствителност в някои случаи не е достатъчна. За да преодолеем това ограничение, можем да се възползваме от принципите на биониката.
През 2007 година с помощта на генномодифициран щам дрожди успяхме да създадем обонятелни рецептори, реагиращи на 2,4-динитротолуол, идентичен на мириса на тротил, и да идентифицираме съществуващите типове рецептори при мишки и плъхове.“
Дани Дханасекаран, професор по клетъчна биология от университета на Оклахома
Такива животни чувстват необходимата миризма 500 пъти по-остро от техните немодифицирани събратя.
Едновременното възбуждане на толкова голямо количество неврони ще води до припадъци, така че може да се постави под кожата на гризача чип, за да съобщава той дистанционно за гърчовете – така мишката става биосензор за търсене на противопехотни мини и прочие взривни материали.
И макар че преди животните с изменените гени рядко напускали стените на лабораторията, сега ситуацията може да се промени. Смисълът на такива манипулации с ДНК е именно в това новите организми да работят в полза на човека в естествена среда.
Комари срещу маларията
Например учени от Калифорнийския университет в Ървин и френския център „Пастьор“ вече са създали трансгенни комари, притежаващи повишена съпротивляемост към Plasmodium falciparum (причинителя на най-смъртоносния тип малария).
Техническите възможности днес позволяват да се разпространяват големи популации модифицирани насекоми в главните огнища на зараза и така да се задържи размножаването на тези особи, които носят инфекцията.
Може да ни вдъхнови дръзката крачка на биолозите от австралийските университети в Куинсланд и Мелбърн и американския университет в Северна Каролина, които са създали комари, устойчиви към вируса на треската денга (този път не с помощта на генното инженерство, а като ги заразили с един от щамовете на вътреклетъчната симбиотична бактария Wolbachia), и ги пуснали в два района в Североизточна Австралия.
След няколко месеца в тази местност почти не останали заразени комари – те били изместени от „изкуствените“.
През септември 2014 година същия трик повторили биолозите от бразилския изследователски институт Fiocruz, аналогични програми се готвят във Виетнам и Индонезия. Може да не се съмняваме, че производството на различни генномодифицирани насекоми в обозримо бъдеще само ще расте.
На първо място това ще засегне преносителите на най-разпространените болести, под заплахата от които живее около половината от населението на земното кълбо.
Рязане на живо
Съвсем наскоро биолозите са разработили нова технология за геномно редактиране – CRISPR, която позволява да се изрязват и вграждат фрагменти ДНК с най-висока точност. Това отваря напълно нови перспективи в генното инженерство.
Имунната система CRISPR/Cas9, открита наскоро у бактерии, им служи за защита от вируси. Генните инженери са я приспособили за свои цели – те синтезират молекула РНК, служеща за „реплика“ на избран участък от гена, и я съединяват с белтъка Cas9, който умее да разрязва ДНК.
Тъй като въведената РНК разпознава само своя фрагмент от генома, тя служи за „система за точна навигация“ и генетичните „ножици“ се доставят на нужното място с ювелирна точност.
За разлика от предишните методи („цинкови пръсти“ и TALEN), където разрязването и слепването на гените става в епруветка, новата технология позволява да се редактира геномът директно в живия организъм, и то едновременно в различни участъци.
Вече няма да ни учудват овце с повишено съдържание на Омега-3 мастни киселини в месото, създадени от китайски учени от Института за генетика и биология на развитието в Пекин, или модернизираните от биолозите от Университета на Уайоминг кози, в чието мляко се съдържа белтък на паячен протеин.
Сега молекулярният генетик Скот Фарънкруг от университета на Минесота въплъщава своята идея – да отглежда безроги крави. За тази цел той изрязал от генома на млечна крава десет генетични букви и вградил 212 от друга порода.
И все пак генните инженери засега са заети с малки поправки, свеждащи се до получаването на нужно вещество или снижаването на риска от болести у животното. Ако погледнем в утрешния ден, ще видим съвсем друга картина.
Трето поколение
Генетиката не е чужда и на британския дизайнер Александра Грийнсбърг, защото точно е уловила накъде води бъдещото развитие на технологиите.
Тя си е представила света на бъдещето, в който изкуствено създадени същества свободно обитават гората, за да носят полза на човечеството, а и на самата природа.
В подкиселена почва при нея се раждат голи охлюви, отделящи алкална течност, листата на дърветата са покрити с подвижна биолента, защитаваща ги от гъбички, а подобни на таралеж създания помагат на растенията да разпространяват семена, събирайки ги с дълги косми и разхвърляйки ги с гъвкавите си игли.
В такава гора на стволовете на дъбовете се надуват мехури, впръскващи лечебен серум, и те дори е трудно да се приемат за животни. Неслучайно Грийнсбърг подчертано нарича своите биологични създания „устройства“.
„Конструираме биологични организми повече от 10 000 години. Културните сортове на растенията, породите на животните – всички те са създадени от нас по конкретни изисквания, било то богата реколта, размер или вкус на плодовете или цвета на козината.
Но такова конструиране се е провеждало по метода на пробите и грешките и е отнемало значително време. Принципите на синтетичната биология позволяват да се получи значително по-голям контрол над процесите на конструиране, откривайки пред учените нови възможности за бързо опериране с нужните свойства на организмите на принципно ново – генетично ниво.“
Александра Дейзи Грийнсбърг, дизайнер, куратор на проектите „Синтетична естетика“, „Създай свой собствен живот по примера на природата“, служител на Центъра по интегративна синтетична биология на университета на Уоруик
Периодите на човечеството
Подобна фантазия е ненаучна и изглежда наивна, но тя придобива смисъл, ако гледаме не на нейната форма, а на съдържанието. Дизайнерът само изразява със свои средства идеята за третия период в живота на човечеството, към който ние активно се приближаваме.
В началото на своята история хората са използвали „естествени“ мощности, такива като огъня, мускулите на биковете или реакцията на ферментацията.
По-късно те са се научили да конструират несъществуващи в природата механизми и да синтезират нови материали. Това може да се нарече етап на „изкуственото“ и върху него е построена цялата съвременна цивилизация.
Сега развитието на технологиите води натам, че различието между природното и ръкотворното, между организма и механизма започва постепенно да се размива. Човек всячески ще преустройва първите и частично ще отглежда вторите, границата между тях ще стане условна чак до невъзможност да се отличи произхода на обекта.
Биохакери на поход
Очаква ни разцвет на синтетичната биология. Новите поколения животни ще бъдат доста по-разнообразни от нашите породи кучета и доста по-изкуствени. Те ще се проектират.
Прообраз на такъв подход виждаме в конкурса iGEM (International Genetically Engineered Machine), в рамките на който студенти от различни страни се състезават по „биохакерство“.
Въз основата на набор от ДНК фрагменти, манипулирайки гените, те трябва да създадат жива клетка с необичайни свойства. Например отборът от Калифорнийския университет в Бъркли превърнал ешерихия коли в заместител на червените кръвни телца за пренос на кислород в кръвотока.
А студентите от Кеймбридж разработили въз основа на същата ешерихия коли изкуствената бактерия E. chromi, способна да оцветява своята среда на обитание в зависимост от наличието на токсини, например.
Ще измине още съвсем малко време и генното инженерство ще стане достъпно за всеки. Създаването на животни или дори хибриди с машини ще бъде не по-сложно, отколкото е днес сглобяването на компютър от купени части.
Светът ще се напълни със същества, на фона на които светещите в тъмното котки ще изглеждат играчки на ниво начални класове. Външният вид и поведението на такива биосистема не може да се предскаже от нито един футурист, дори от Дугъл Диксън.
