Журнал «Тайм» в течение двух лет включал этого исследователя в число ста самых влиятельных людей планеты. Он — миллионер, причудливым образом совмещающий в одном человеке предпринимателя и биохимика с мировым именем. Знакомьтесь, Крейг Вентер — биолог, расшифровавший геном человека и синтезировавший искусственную жизнь.
Великий дешифратор
Удивительно, но погрузиться в медико-биологические исследования молодого Крейга Вентера побудила вьетнамская война, в которую ввязались США в конце 50-х годов XX века. Работая в полевом госпитале, будущий учёный многое переосмыслил, всерьёз взялся за науку и к 1975 году получил докторскую степень в 29 лет — один из немногочисленных примеров, когда ужасы войны приводят к чему-то полезному. Некоторое время Вентер набирал академический вес в мировой биохимии, а затем создал компанию Celera Genomics, ставшую популярной в мире. Ещё бы, в середине 90-х годов компания объявила, что сможет расшифровать человеческий генотип быстрее и дешевле международного проекта «Геном человека». Для сравнения: у Вентера это получилось за 300 миллионов долларов, а у его конкурентов за гигантские 3 миллиарда. И пусть у Celera расшифровка (или секвенирование — определение нуклеотидной последовательности) получилась не столь точной, но мировая известность в итоге приш ла и к основателю, и к самой компании.
А зачем, собственно, необходима столь сложная и крайне дорогостоящая процедура чтения нашего с вами генома? Прежде всего, это интересно — из каких последовательностей нуклеотидов состоит ДНК человеческого организма. Можно сравнить его с генотипом шимпанзе (наш самый близкий «родственник» из животного мира) и окажется, что разница всего в 1%, что лишний раз подтверждает правоту Чарльза Дарвина. А генетические различия между людьми вообще исчезающе малы — не более 0,1% (один нуклеотид из тысячи). Немаловажна и дальнейшая идентификация генов, позволяющая соз дать личный паспорт, в котором будет изложена вся информация о предрасположенности к тому или иному заболеванию. Крейг Вентер, кстати, в 2007 году опубликовал в интернете файл с собственным секвенированным геномом. Шаг достаточно опрометчивый, так как специалисты сразу определили у учёного предрасположенность к болезни Альцгеймера и сердечно-сосудистым проблемам. Однако это продемонстрировало перспективность геномных исследований и возможностей дальнейшей диагностики.
Ключевой инновацией в деле расшифровки генотипа человека стал изобретённый командой Вентера метод «дробовика» (shotgun). Суть его в «нарезке» молекул ДНК мелкими кусочками, которые в дальнейшем отдельно прочитываются (так проще) и состыковываются в цельную структуру с помощью мощной компьютерной программы. Точность такого способа можно оценить на твёрдую четвёрку, а вот скорость секвенирования на пять с плюсом. История с дешифровкой генома закончилась скандалом: Вентер не желал бесплатно отдавать обществу результаты многолетней работы, что вызвало гнев у учёного сообщества. В итоге биохимик покинул компанию Celera Genomics, предварительно выложив все расшифрованные последовательности ДНК в интернет.
- Клонированные геномы
- Геномы разрезаются на фрагменты различных размеров
- Неупорядоченные секвенированные фрагменты
- Автоматическая компьютерная сборка
- Набор перекрывающихся контигов
- Полная последовательность собирается путём комбинирования перекрывающихся контигов
Синтетическая геномика
нститут Крейга Вентера стал вторым крупным проектом учёного. В центре внимания очень интересная тема — исследование генетического разнообразия мирового океана. В 2000-е годы организованные Институтом экспедиции в различные акватории позволили собрать уникальный генетический материал морских микроорганизмов. Этот проект был назван Global Ocean Sampling Expedition. Основным транспортным средством служила личная яхта Вентера Sorcerer II. В ходе исследовательских круизов были обнаружены новые гены и, что самое важное, новые микроорганизмы! Но команда неутомимого учёного и предпринимателя не забывала уделять внимание ещё одному важному проекту — синтезу искусственного генома. Пока опыты, конечно, шли на самых примитивных живых существах — вирусах и бактериях, но и это требовало гигантских усилий и средств. И в 2003 году, спустя 8 лет работы, команда Вентера объявила о создании первого вируса с искусственным геномом. У человека впервые в истории появился инструмент, позволяющий не просто вмешиваться в генетический материал, а создавать его своими руками. Оказалось, что создание доклеточной формы жизни (чем и является, собственно, вирус) всё-таки проще, чем синтезировать жизнеспособную клетку. Только в 2010 году, после 15 лет напряженной работы целого института и 40 миллионов потраченных долларов, команда Вентера объявила о создании живой бактерии с искусственным геномом. Историческая статья с сенсацией вышла в мае этого же года в авторитетном научном журнале Science под названием «Создание бактериальной клетки, которая контролируется химически синтезированным геномом». В ней подробно описана методика создания искусственной ДНК, состоящей из 1 миллиона нуклеотидов — она оказалась, помимо прочего, самой длинной молекулой, синтезированной в лабораторных условиях.
Эксперименты с Mycoplasma
Что же сделали Вентер Крейг и его команда для создания прототипа искусственной жизни? Попробуем разобраться. Если вкратце: был синтезирован геном бактерии-донора Mycoplasma mycoides и перенесён в организм другого вида — бактерию-реципиент Mycoplasma capricolum. И все гибриды с «телом» от capricolum и геномом от mycoides стали типичными Mycoplasma mycoides по внешнему виду, росту и размножению! Кстати, искусственный геном имеет своё название — Mycoplasma genitalium JCVI-1.0. Простой в теории, но очень трудоёмкий в практическом исполнении эксперимент показал, что информация, заложенная в ДНК, действительно полностью контролирует работу всей живой клетки. Собирать искусственный геном исследователям пришлось по частям, при этом они вынуждены были делать это в клетках знаменитой E.coli и в простых дрожжах. И только после этого удалось внедрить чужеродный геном в Mycoplasma capricolum. И лишь в тот момент, когда внутри клетки-реципиента начали синтезироваться белки, присущие другому организму, Крейг Вентер отпраздновал победу. Новая клетка получила название Mycoplasma laboratorium JCVI-syn 1.0 или для простоты Синтия. Почему команда Вентера выбрала именно паразитические бактерии микоплазмы? Во-первых, у них очень маленький геном в 1,08 миллиона нуклеотидов, что упрощает синтез.
Для сравнения: ДНК человека составляет более 3 миллиардов нуклеотидов — представляете, во что обойдётся создание такого искусственного генома. Во-вторых, микоплазмы очень предусмотрительно лишены ядра, а это делает перенос генетического материала в них чуть проще, чем обычно.
Сотрудники Института Крейга Вентера внесли чуточку юмора в строгий научный процесс — они создали в геноме последовательности ДНК, которых не было в исходном коде Mycoplasma mycoides. Предполагается, если бактерия вдруг «сбежит» (хотя в естественной среде такой гибрид умирает), то нашедший её специалист сможет прочитать при расшифровке поздравление для себя, перечень авторов проекта и несколько цитат из литературы. Такой вот невинный юмор у биохимиков. Одним из важных итогов этого эксперимента стала возможность создавать микроорганизмы с запрограммированными на генетическом уровне свойствами. Например, с 2005 года этим занимает ся созданная Вентером и партнёрами компания Synthetic Genomics. В стенах организации ведутся опыты по получению гибридных бактерий, дрожжей и водорослей, «наученных» синтезировать биотопливо — этанол и водород из дешёвого сырья.
Технологии секвенирования генома и создания прообраза искусственной жизни принесли учёному и предпринимателю Крейгу Вентеру всемирную известность. Он издал книгу (с которой вы можете позна комиться) под названием «Расшифрованная жизнь», описывающая становление Вентера как учёного. Многие считают его достижения неоднозначными, а некоторые пророчат ему Нобелевскую премию. Одно можно сказать точно — нет ни одного аспекта человеческой жизни, который потенциально не мог бы кардинально измениться в будущем благодаря этим технологиям. Остаётся только надеяться, что перемены будут позитивными.
