В колыбели атомной бомбы рождается новая форма жизни

Большинство учёных, создавая новые организмы, отталкивается от организмов существующих. Но новый проект вызвал жаркие споры даже в научной среде. Можно ли создать жизнь, биологически отличную от всего, что мы знаем?

Стин Расмуссен (Steen Rasmussen) совместно со своими коллегами из американской Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Lab) намерен создать принципиально новую форму жизни.

Не он первый обращается к этой теме.

 

 

Мы уже рассказывали о масштабном проекте, точнее — целом ряде проектов, которые можно объединить термином Жизнь 2.0 и об искусственной клетке, к примеру.

По некоторым оценкам, более 100 лабораторий занимаются этой темой. Сейчас. А уж о полунаучных (или псевдонаучных) попытках создать жизнь из земли, мяса и Бог знает чего ещё — в эпоху Возрождения — уж и упоминать не стоит.

Однако старт подобной программы в организации, создавшей ядерное оружие — заслуживает внимания.

Итак, инициаторы нового проекта не собираются просто преобразовывать существующие организмы, манипулируя их ДНК. Ведущий химик команды, Ляохай Чэнь (Liaohai Chen) объясняет, что они собираются создавать жизнь на пустом месте, в мензурке, полной "неодушевлённых" молекул.

Химики и физики намерены создать протоклетку, которая пусть и будет примитивнее бактерии — должна будет обладать главными особенностями жизни: производить собственную энергию, давать потомство и даже развиваться.

Один из главных вопросов, на который, может быть, дадут ответ эти поиски — действительно ли возникновение жизни было случайностью или всё же неизбежностью?

Чтобы достигнуть цели, большинство учёных придерживается "патентов" природы. Так или иначе, они пробуют создать клетки, которые окружены двухслойными мембранами и наполнены генетическим материалом в виде ДНК или РНК.

Но не Расмуссен, который занимается этой темой уже много лет, а теперь начинает $5-миллионный проект в Лос-Аламосе.

Стин Расмуссен не спрашивает — что было раньше — курица или яйцо в земной эволюции, он решил создать жизнь заново (фото с сайта popsci.com).

В попытке создать собственную версию жизни датчанин отбросил учебники биологии и спросил себя: "Какова самая простая живая система, которую я могу вообразить?". Результат состоит в том, что его протоклетка не напоминает ни одну из известных форм жизни.

Когда учёный задумал проект, то составил список минимально необходимых частей для искусственного организма: метаболизм, чтобы производить энергию, подобная ДНК молекула, чтобы хранить "инструкции", и мембрана, чтобы служить оболочкой и скреплять все части.

Чего уж проще? Но скоро Расмуссен понял, что он должен ещё более упростить требования. Даже примитивные одноклеточные организмы с их мембранами, насыщенными каналами, чтобы транспортировать питательные вещества — были бы слишком сложными, чтобы создавать их аналог для другой жизни.

"Мы переворачивали эти вещи вверх тормашками и в результате вывернули наизнанку", — говорит Расмуссен.

Он поместил несколько молекулярных машин на внешней стороне синтетической клетки, таким образом, покончив с потребностью в мембране. Вместо этого протоклетка — это глыба жирных кислот ("отчасти, как использованный комок жевательной резинки", — объясняет Расмуссен). Эта капля — мицелла — должна собрать себя.

Стин проводит аналогию с мыльными пузырями на поверхности воды, где гидрофильные и гидрофобные концы молекул создают силы, вызывающие их некую определённую организацию.

Расмуссен и его команда не будут, конечно, использовать мыло, но возьмут некий другой сурфактант, пока неизвестный им самим. Это — общая идея по самосборке протоклетки.

Теперь — генетический материал. Большинство организмов работает с ДНК или РНК. Но Расмуссен планирует приспособить искусственную нуклеиновую кислоту по имени ПНК (PNA), или пептидную нуклеиновую кислоту.

Её синтезировал Питер Нильсен (Peter Nielsen) из университета Копенгагена (University of Copenhagen) в начале 1990-х. Сейчас Нильсен работает с Расмуссеном.

ПНК очень похожа на ДНК по строению и принципу работы, но основы, составляющие цепь ПНК — это пептиды. Кстати, существует теория, что самыми ранними формами жизни на Земле были базирующиеся на ПНК существа.

Главное преимущество ПНК состоит в том, что она является электропроводной, что поможет запустить метаболизм протоклетки. Так что можно будет убить одним выстрелом двух зайцев.

По идее, на один конец цепи ПНК можно посадить фоточувствительную молекулу. Когда на неё попадает свет, она выпускает электрон, который бежит на другой конец ПНК. Там он может вызвать химическую реакцию с неким заключительным компонентом, который учёные планируют бросить в мензурку — это будет пища.

Пища состоит из молекул-предшественников, которые метаболизм протоклетки преобразует в новые жирные кислоты и молекулы ПНК.

Вновь созданные жирные кислоты будут включены в существующие мицеллы, заставляя их расти, пока они не станут нестабильными и не расколются на две протоклетки.

Взрослая протоклетка будет иметь размер всего 5-10 нанометров. "Мы не могли вообразить ничего более простого", — поясняет Расмуссен.

Схема протоклетки Расмуссена и пять стадий её создания и развития (иллюстрация с сайта popsci.com).

По схеме протоклетка действительно весьма проста. Но химия, которая оживляет её — очень сложна.

Мицеллы должны впитать молекулы пищи, создавая "склады", преобразовывать их в одиночные спирали ПНК, которые должны цепляться за внешний край мицеллы и находить там дополнительные цепочки ПНК, также созданные организмом. Это на бумаге.

А кто знает, как все эти молекулы фактически поведут себя в растворе?

Тем временем Расмуссен размышляет о практическом применении принципиально новых форм жизни как поставщиков лекарств к клеткам человека или как биологических очистителей, перерабатывающих токсины, смертельные для той жизни, которую мы знаем. Или даже — как биологический компонент механических систем, способных на самозаживление при повреждении.

Многие команды в разных странах мира могут преуспеть на этом пути, но, согласитесь, будет символично, если новая форма жизни родится там, где было создано самое страшное оружие в истории.

Статья получена: Membrana.ru