синтетическая жизнь

август 2004 № 8 "В МИРЕ НАУКИ"

СИНТЕТИЧЕСКАЯ ЖИЗНЬ

Уэйт Гиббс

Биологи создают библиотеки взаимозаменяемых фрагментов ДНК и собирают из них генетические конструкции - прообразы программируемых живых механизмов.

За 3,6 млрд. лет эволюция (этот непревзойденный мастер) создала множество живых существ, наделенных массой полезных свойств. В своем творчестве она использовала два основных инструмента - мутацию и конкуренцию. Но на достигнутом никто останавливаться не собирается. Известно, что есть микроорганизмы, охотно расщепляющие тринитротолуол (взрывчатое вещество и канцероген), и если бы при этом их удалось заставить вспыхивать ярким светом, то какие это были бы незаменимые миноискатели! Обыкновенная полынь синтезирует очень ценное вещество астемизинин, использующийся для лечения малярии, но, к сожалению, образуется он в микроскопических количествах. А сколько миллионов жизней было бы спасено, если бы астемизинин можно было получать микробиологическими методами! Онкологи-исследователи многое отдали бы за то, чтобы снабдить клетки примитивным счетчиком, фиксирующим каждое клеточное деление, но природа решила, что такая конструкция будет недостаточно жизнестойкой.

Может показаться, что с помощью методов генной инженерии легко заставить клетку ярко светиться в присутствии токсина, синтезировать лекарственное вещество или контролировать свой возраст. Однако биологические "устройства", обеспечивающие подобное поведение клеток, создать крайне трудно. Биологи занимаются переносом генов из одних видов организмов в другие уже 30 лет, но генная инженерия до сих пор остается скорее искусством, чем наукой.

ОБЗОР: СИНТЕТИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ

Молекулярная биология - это редукционистская наука, которая изучает живые системы, "раскладывая их на части".

Биологи-синтетики используют противоположный подход: создают живые системы из взаимозаменяемых деталей - сегментов ДНК. Эти конструкции работают в клетках, которые снабжают их энергией, обеспечивают мобильность и воспроизводство.

Уже созданы микроорганизмы, обладающие совершенно необычными свойствами. Одни из них синтезируют сложные химические ингредиенты для лекарственных препаратов, другие - аминокислоты, отличные от природных, третьи поглощают тяжелые металлы из сточных вод, четвертые по команде выполняют простейшие действия.

"Допустим, я хочу создать растение, изменяющее свой цвет в присутствии тринитротолуола, - рассуждает Дрю Энди (Drew Endy), биолог из Массачусетского технологического института (МТИ). - Я могу попытаться "подправить" генетический аппарат растения, и если мне повезет, через год-два создать в нем нужное устройство. Однако этот опыт никак не поможет мне получить клетку, которая отыскивала бы на стенках кровеносных сосудов бляшки и уничтожала их".

Энди - один из немногих ученых, кто строит фундамент нового направления в генной инженерии - синтетической биологии. Вместе с единомышленниками, которых становится все больше, он проектирует и создает искусственные живые системы, которые обладают заранее заданными свойствами, используют заменяемые генетические детали, а в некоторых случаях - расширенный генетический код, что позволяет им делать вещи, немыслимые для обычных организмов.

Новое направление ставит перед собой три основные задачи. Во-первых, это изучение организмов через их создание, а не через разложение на части. Во-вторых, развитие самой генной инженерии, с тем чтобы она соответствовала своему названию и стала дисциплиной, способной последовательно развиваться и создавать все более сложные биологические системы. В-третьих, расширение границ живого и неживого миров, чтобы в результате их пересечения появились программируемые живые существа. Микробы, способные отыскивать и разлагать тринитротолуол или производить артемизинин, уже не кажутся чем-то нереальным. Конечно, пока это только примитивные предшественники будущих сложных биологических механизмов, но то, что таковые будут созданы, не вызывает сомнения.

Мигающие огни

Началом синтетической биологии стала работа пятнадцатилетней давности Стивена Беннера (Steven Benner) и Питера Шульца (Peter Schultz). В 1989 г. Беннер из ETH (Eidgenssische Technische Hochschule) в Цюрихе создал ДНК, содержащую кроме четырех известных букв генетического алфавита еще две. С тех пор были получены несколько вариантов подобных ДНК, но пока никому не удалось добиться функционирования их генов, т.е. транскрипции и трансляции (синтеза белков). Впрочем, недавно Шульц из Океанографического института Скриппса вырастил клетки (содержащие нормальную ДНК), которые синтезировали аминокислоты, отличные от природных, и соединяли их друг с другом с образованием необычных белков (см. вставку на стр. 52).

Беннер и другие представители старой школы биологов-синтетиков расценивают искусственную генетику как один из инструментов для решения ключевого вопроса биологии - происхождения жизни и возможности ее существования во Вселенной. А шум, поднявшийся в последнее время вокруг синтетической биологии, связан с последствиями ее биотехнологических применений - конструированием и созданием биологических внутри-клеточных устройств.

В 2000 г. появились сразу две научные публикации, рассказывающие о создании механизмов, полученных путем встраивания специфических нуклеотидных последовательностей в однотипные клетки Escherichia coli (обычного представителя кишечной флоры человека), но выполняли совершенно разные функции. Устройство Майкла Эловица (Michael Elowitz) и Станислауса Лейблера (Stanislaus Leibler) из Принстонского университета, состоявшее из трех взаимодействующих генов, заставляло ритмично мигать несущую его клетку E. coli - она становилась похожа на крошечную лампочку елочной гирлянды. Другие исследователи - Джеймс Коллинз (James J. Collins), Чарлз Кантор (Charles R. Cantor) и Тимоти Гарднер (Timothy S. Gardner) из Бостонского университета - сконструировали генетический тумблер, переключение которого из одной позиции в другую обеспечивала цепь отрицательной обратной связи из двух взаимодействующих генов. Каждая бактериальная клетка, снабженная таким устройством, приобретала зачатки цифровой памяти.

Проведенные эксперименты одновременно и воодушевляли, и отрезвляли ученых. На то, чтобы создать генетический тумблер, понадобился год, а на конструирование мигающей бактериальной клетки - два. Однако никто не знает, как объединить эти два механизма, чтобы получить мигающую бактерию, которая бы включалась и выключалась по команде. "Я мечтаю, чтобы конструирование предсказуемых биологических систем из блоков стало обычным делом, - говорит Энди. - Предположим, я хочу создать организм, умеющий считать до 3000. Я подхожу к полке с набором готовых генетических деталей, выбираю необходимые, соединяю их в определенном порядке - и готово!" Четыре года назад о существовании подобного рода элементов можно было только мечтать, а сегодня у Энди их целый набор.

Биологический конструктор

"Вот они - те самые генетические детали, - указывает Энди на флаконы с прозрачной, похожей на сироп жидкостью. - В каждом - копии одного из сегментов ДНК, которые или сами выполняют какую-либо функцию, или могут использоваться клеткой для синтеза белка. Очень важно, чтобы каждая деталь была тщательно подогнана таким образом, чтобы взаимодействовать с другими на двух уровнях". Первый уровень - чисто механический. BioBricks (так Энди назвал свои детали) можно создавать и хранить по отдельности до поры до времени, а потом соединять друг с другом и получать крупные сегменты ДНК. Второй уровень - функциональный, каждый элемент способен посылать и принимать биохимические сигналы от своих партнеров. Все это позволяет изменять поведение конструкции, просто заменяя те или иные детали.

Взаимозаменяемые компоненты устройств - далеко не новость, они широко применяются при обычном конструировании. Однако специалисты в области генной инженерии только сейчас стали широко использовать этот прием. Одно из его преимуществ состоит в следующем: точно так же, как инженер-электрик, включая в цепь какой-нибудь конденсатор, не задумывается о том, что там у него внутри, биотехнолог, используя генетический тумблер, может ничего не знать о биохимической структуре промоторов, репрессоров, активаторов, индукторов и других генетических элементов, обеспечивающих работу переключателя. В одном из флаконов в штативе Энди находится BioBrick-инвертор (другое его название - NOT-оператор). Когда сигнал на его входе сильный, сигнал на выходе слабый, и наоборот. BioBrick в другом флаконе выполняет функцию булева оператора AND, посылающего сигнал только в том случае, когда на оба его входа поступают сильные сигналы. Поскольку оба элемента оперируют совместимыми сигналами, при их объединении получается оператор NAND (NOTAND). Имея эти операторы в достаточном количестве, можно проводить вычисления в двоичной системе.

У стандартных взаимозаменяемых деталей есть еще одно достоинство: из них можно сконструировать функциональную генетическую систему, до конца не представляя, как это сделать. В начале прошлого года 16 студентов разработали четыре генетические программы, обеспечивающие синхронное мигание клеток E. coli - подобный эффект наблюдается иногда у светлячков. Юные исследователи не знали, как синтезировать нужные ДНК-последовательности, но это и не входило в их планы. 58 деталей, необходимых для сборки, были изготовлены на заказ в компании по синтезу ДНК и пополнили реестр стандартных биологических элементов, созданный в Массачусетском технологическом институте. В его базе данных сегодня - более 140 подобных элементов, и их число увеличивается с каждым месяцем.

КАК РАБОТАЮТ ДЕТАЛИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОНСТРУКТОРА

Гены и регуляторные ДНК-элементы - это биохимические эквиваленты электронных компонентов, подчиняющихся булевой логике.

КОМПОНЕНТ ЦЕПИ

Биохимический инвертор - это аналог оператора NOT в булевой алгебре, отвечающий на входной сигнал в видебелка, кодируемого другим геном.

ЦЕПЬ

Простейшая генетическая цепь состоит из трех инверторов, каждый содержит свой ген (1, 2 или 3). Под действием распространяющегося по цепи сигнала гены осциллируют между состояниями "вкл." и "выкл", что отслеживается с помощью гена (крайний справа), перехватывающего часть белковых молекул, которые продуцируются одним из генов-инверторов (ген 3). Эти молекулы активируют ген, и на нем синтезируется флуоресцирующий белок.

РАБОТА ЦЕПИ

Клетка, в которую встроена такая цепь, периодически вспыхивает и гаснет (см. график внизу). Но в культуре "включение" и "выключение" происходит не строго синхронно из-за менее жесткой регуляции генетических цепей, нежели цепей электронных, и высокого уровня шумов в них.

Непосильная ноша

Существует множество технических приемов, которые можно было бы применить в генной инженерии, однако есть некоторые ограничения. Как правило, электрические и механические устройства работают автономно. Подобным образом ведут себя и некоторые искусственные генетические системы, например, набор пробирок из ДНК-подобных молекул, изобретенный в начале этого года Миланом Стояновичем (Milan Stojanovic) из Колумбийского университета и представляющий собой химическую версию игры "крестики и нолики". Однако цель биологов-синтетиков - создать генетические устройства, встраиваемые в клетки, где они могли бы воспроизводиться, перемещаться и реагировать на изменения окружающей среды. С точки зрения клетки, такие механизмы - настоящие паразиты, питающиеся за ее счет и использующие весь клеточный биохимический аппарат для трансляции своей ДНК.

Искусственные «живые машины» способны к воспроизведению, но этот процесс сопряжен с появлением в них мутаций.

Немало трудностей возникает и с хозяйской клеткой. Биологи потратили годы на создание компьютерных моделей E. coli и других одноклеточных организмов. И тем не менее, как признался Рон Вейс (Ron Weiss) из Принстонского института: "Даже если мне известна нуклеотидная последовательность ДНК какой-нибудь генетической системы, я не могу предвидеть, как обойдется с ней бактериальная клетка". А по словам Энди: "Половину из 60 генетических элементов, созданных в 2003 г., удалось получить лишь после долгих трудов - они ложились тяжелым бременем на клетки, которые их копировали". Ученый придумал, как уменьшить дополнительную нагрузку на клеточный аппарат, связанную с необходимостью обслуживать чужеродную ДНК.

Один из подходов к решению проблемы, связанной с перегруженностью клеточного генома, состоит в замыкании ДНК генетического устройства саму на себя, т.е. изоляции ее от хромосомной ДНК. Речь не идет о физической изоляции - в клетке нет никаких проводов, которые можно было бы просто выдернуть. Жизнь протекает в жидкой среде, и сигнальные белковые молекулы плавают где угодно. Даже если в данной части клетки есть всего один инвертор из ДНК и белков, адресованный ему белковый сигнал будет воспринят любым другим вариантом этого инвертора, где бы тот ни находился, и не важно, входит он в состав искусственной генетической конструкции или хромосомной ДНК.

Чтобы предотвратить перекрестное использование сигналов, можно не применять одну и ту же деталь дважды. Так и поступил Вейс, создавая свой Goldilocks - устройство, включающееся только при строго определенной концентрации химического сигнального вещества. Его компоненты - четыре инвертора, каждый из которых отвечает на свой белковый сигнал. Но при таком подходе существенно затрудняется создание деталей, которые были бы полностью взаимозаменяемыми и которые можно было бы перегруппировывать.

Энди попытался найти более приемлемое решение. В своем инверторе он использовал те же компоненты, что и у Вайса, но по-другому организованные. Входным сигналом здесь служит не белок, а скорость транскрипции гена. Инвертор срабатывает на количество матричной РНК (мРНК), образующейся за одну секунду. На мРНК синтезируется белок, задающий скорость транскрипции (включая второй ген). Таким образом, подавая на вход сигнал TIPS (transcription events per second, число актов транскрипции в секунду), Энди получает на выходе тот же TIPS. Это обычный процесс - так, например, течет ток в электрической цепи. Инвертор можно удалить и заменить любым другим элементом BioBrick, отвечающим на сигнал TIPS. Сигнал специфичен в отношении локализации генетической детали, так что одинаковые компоненты можно использовать в разных частях цепи, и они не будут влиять друг на друга.

TIPS-метод будет апробирован на новых генетических системах, сконструированных студентами МТИ. Они перепрограммировали клетки так, что, действуя согласованно, те создают в чашке Петри определенные картинки (например, узор в горошек). Для этого клетки сообщаются друг с другом с помощью химических сигналов. На то, чтобы встроить в мигающие клетки E. coli нужные генетические конструкции, ушло 13 месяцев. Но в этом году над созданием BioBricks-деталей работает гораздо больше народу, синтез ДНК поставлен на конвейер, появился опыт в конструировании генетических цепей. Так что Энди надеется, что онуспеет закончить тестирование к концу лета, когда состоится первая конференция по синтетической биологии.

КАК СКОНСТРУИРОВАТЬ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МИНОИСКАТЕЛЬ

Используя генетическую цепь Goldilocks, которая запускает флуоресценцию только при определенной концентрации тринитротолуола (ТНТ), можно создать биологический детектор этого взрывчатого вещества, способный обнаруживать мины.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕТЕКТОРА ТНТ

Из взаимозаменяемых ДНК-деталей можно собрать генетические цепи, слегка различающиеся по своим характеристикам. Каждая из них включается при определенной концентрации ТНТ - высокой, средней или низкой, инициируя флуоресценцию соответственно в красной, желтой или зеленой области спектра. Такие генетические конструкции можно встроить в разные бактериальные клетки, культивировать их, смешать и внести смесь в почву, где предположительно находится мина. В слое почвы над миной (внизу) концентрация ТНТ распределяется по конусу. Таким же будет и распределение концентрации флуоресцирующих бактериальных клеток, при этом максимум флуоресценции будет наблюдаться в вершине конуса - там, где расположена мина.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

В одной из генетических Goldilocks-цепей используются четыре взаимодействующих элемента: датчик, верхний пороговый элемент, нижний пороговый элемент и инвертор. У каждого из них количество белка на выходе является функцией количества белка на входе. Внизу представлена цепь, запускающая красную флуоресценцию. Графики показывают, каким образом каждый из элементов подстраивает свой выходной сигнал, чтобы был охвачен весь диапазон концентраций ТНТ. (Точка перегиба - выходной сигнал, отвечающий искомой концентрации ТНТ, скажем, 4%).

НИЖНИЙ ПОРОГОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ

посылает сигнал, обратный полученному (треугольники) количеству белка, который датчик синтезирует в изобилии. Выходной сигнал начинает резко падать уже при концентрации ТНТ 1%, а когда она составляет 4%, на инвертор почти не поступает белка от этого элемента цепи.

Переписать "книгу жизни"

На конференции неизбежно встанет вопрос о стабильности небольших сегментов ДНК, составляющих основу генетических цепей, в непрерывно изменяющейся клетке. Эти искусственные живые машины способны к воспроизведению, но при этом в них возникают мутации. "Репликация - процесс небезошибочный, - сообщает Вейс. - За пять часов наблюдения половина встроенных в клетки генетических цепей мутировала, и чем больше были цепи, тем скорее это происходило". Вейс и Франсис Арнолд (Frances H. Arnold) из Калифорнийского технологического института использовали способность цепей к мутационным изменениям для отбора тех, которые лучше других решали поставленные задачи. Но если пустить процесс на самотек, то в конце концов генетические машины сломаются.

"Моя мечта - создать генетическое устройство, которое в ответ на поступающие сигналы отсчитывает 1, 2, 3… и так до 256, - говорит Энди. - Такой счетчик позволит быстро и точно выявлять клетки, утратившие контроль над процессом деления и превратившиеся в раковые. Однако беда в том, что счетчик должен работать в условиях постоянного самовоспроизведения, и получающиеся копии будут содержать ошибки. Ключа к решению проблемы у меня нет. Может быть, нужно встраивать в клетку избыточное число счетчиков или снабдить их функциями, в чем-то полезными клетке?" А может быть, стоит получше разобраться в том, как решают проблему выживаемости простейшие формы жизни - скажем, вирусы? Здесь пригодится опыт биологов-синтетиков. В ноябре 2003 г. Гамилтон Смит (Hamilton O. Smith) и Крейг Вентер (J. Craig Venter) объявили, что их группа из Института альтернативных источников энергии биологической природы буквально с нуля реконструировала бактериофаг (вирус, инфицирующий бактерии) Х174. Синтетический вирус имел полноразмерный геном (5386 пар нуклеотидов) и был столь же активным, как и его природный аналог.

"Теперь синтез крупной хромосомы не кажется чем-то недостижимым, - считает Вентер, в течение нескольких лет возглавлявший проект по идентификации минимального набора генов, необходимого для обеспечения жизнеспособности бактерии Mycoplasma genitalium. - Правда, мы не знаем, удастся ли встроить эту хромосому в клетку и заставить клеточный аппарат обслуживать ее. Наша цель - познать самые основы жизни, но до ее достижения пока очень далеко".

Последовательный синтез вирусного генома не очень-то приближает нас к поставленной задачи. Может быть, стоит разрезать геном на составляющие гены и методично собрать его вновь, как поступают обычные инженеры? Именно этим занимаются сейчас Энди и его коллеги. "Мы воссоздали геном фага Т7 не путем синтеза, а путем реконструкции", - сообщает он. Теперь нужно разграничить перекрывающиеся гены, убрать лишние участки и т.д. На сегодня воссоздан участок генома длиной 11,5 тыс. пар нуклеотидов, и есть надежда, что к концу 2004 г. будет реконструирована оставшаяся часть - 30 тыс. пар нуклеотидов.

Тревоги и надежды

До сих пор биологи-синтетики конструировали искусственные генетические системы в основном в экспериментальных и демонстрационных целях, но некоторые лаборатории уже пытаются их использовать. Мартин Фуссенгер (Martin Fussenegger) и его коллеги из ЕТН в Цюрихе перешли от бактерий к млекопитающим. В прошлом году они снабдили клетки хомяка целой сетью генов, выполняющей функцию "регулятора громкости": при добавлении в среду небольшого количества антибиотиков выходной сигнал синтетических генов становился слабым, средним или сильным. Такой способ контроля экспрессии генов может найти применение в генной терапии или при создании белковых лекарственных веществ.

Приоритетной сферой применения искусственных живых систем станут работы, где приходится иметь дело с опасными для жизни химическими веществами. В прошлом году Хомм Хеллинга (Homme W. Hellinga) из Университета Дьюка сумел перенастроить природные сенсорные белки E. coli на связывание ТНТ или другого вещества вместо привычных для этой бактерии соединений. И теперь Вейс и Хеллинга намереваются объединить цепь Goldilocks с перенастроенным сенсором, с тем чтобы создать биологический миноискатель.

Джей Каслинг (Jay Keasling), возглавляющий в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли отдел синтетической биологии, сообщил, что он встроил в E. coli сложную цепь из генов полыни и дрожжей. Эта конструкция инициировала синтез предшественника артемизинина, нового противомалярийного лекарственного вещества, препарат на основе которого слишком дорог для населения тех стран, где эпидемии малярии возникают чаще всего. По словам Каслинга, за три года работы выход продукта удалось увеличить в миллион раз. "Еще немного - и мы сможем производить "коктейль" на основе двух производных артемизинина по цене в 10 раз меньшей, чем нынешняя", - полагает Каслинг. Слегка модифицировав бактерию, можно будет получать дорогостоящие химические соединения, использующиеся в косметической промышленности, а самое главное - противораковый препарат таксол.

Другие исследователи привлекают E. coli к работам по уничтожению ядерных отходов, биологического и химического оружия. "Мы сконструировали E. coli и Pseudomonas aeruginosa, способные адсорбировать на клеточной стенке тяжелые металлы, уран и плутон, - сообщает Каслинг. - Насытившись опасными металлами, они выпадают в осадок, и в итоге мы получаем чистую воду".

Цели достойные, что и говорить. Но если вы ощущаете смутное беспокойство при мысли о студентах, создающих новые виды микроорганизмов, или о частных лабораториях, синтезирующих вирусы, или об ученых, публикующих статьи о бактериях, аккумулирующих плутоний, знайте, что такое чувство возникает не у вас одних. В 1975 г. ведущие биологи мира приняли решение наложить запрет на использование технологии рекомбинантных ДНК, а затем выработали правила работы с ними. По-видимому, политика самоограничений сработала: до сих пор не было ни одного серьезного инцидента с генетически модифицированными организмами. Но недавно произошли три вещи, изменившие ситуацию. Во-первых, сегодня каждый может загрузить ДНК генами токсина сибирской язвы.Во-вторых, не составляет труда получить нужную ДНК, заказав ее синтез компании, находящейся в оффшорной зоне. И в-третьих, существует серьезная угроза преднамеренного нецелевого использования генетических конструкций. Каким образом оценить риски, связанные с распространением новой технологии, и как при этом сохранить все то ценное, что в ней есть? Энди достает фотографию своих студентов: "Посмотрите, с каким удовольствием они занимаются генетическим конструированием, - отмечает он. - Это гораздо лучше, чем создавать новые разновидности вирусов или биологического оружия". Тем не менее ученый считает, что необходимо обсудить проблемы нового направления биотехнологии и связанные с ним риски.

ЖИЗНЬ, НО НЕМНОГО ДРУГАЯ

Схематическое изображение двойной спирали ДНК (вид сбоку и сверху). Слева - обычная ДНК, справа - полусинтетическая хДНК, более стабильная и менее подверженная мутациям.

Жизнь на Земле представлена множеством форм. Однако основу всех организмов составляют одинаковые молекулы: пять нуклеотидов - мономеры, из которых состоят ДНК и РНК, и 20 аминокислот - строительных блоков белковых молекул. (У небольшого числа видов есть еще по крайней мере две дополнительные аминокислоты.) Немногочисленность набора ограничивает круг химических реакций, протекающих в клетке, а тем самым и круг самих живых существ.

В 2001 г. впервые за 3,6 млрд. лет этот круг был расширен. Произошло это после того, как Ли Вонг (Lei Wang) и Питер Шульц (Peter G. Schultz) из Океанографического института Скриппса в Ла-Холья (Калифорния) встроили в клетку E. coli все генетические элементы, необходимые для декодирования триплета TAG в необычные аминокислоты, не встречающиеся в природе.

Нужно было так модифицировать клетки, чтобы необычные аминокислоты включались в полипептидную цепь наряду с природными с образованием белков, которые в норме не синтезирует ни один организм. В прошлом году Шульц сообщил, что ему удалось сделать с E.coli, а затем получить дрожжевые клетки, тоже наделенные необычными свойствами.

"Трансляционный аппарат дрожжей мало чем отличается от такового у человека, - отмечает Эштон Кропп (T. Ashton Cropp) из лаборатории Шульца. - Нам уже удалось заставить дрожжевые клетки синтезировать необычные аминокислоты шести типов, и теперь ученые пытаются адаптировать систему к клеткам человека". Исследователи близки к созданию аппарата, способного синтезировать две разные неканонические аминокислоты и встраивать их в один белок. Для этого клетке придется декодировать в аминокислоту четырехнуклеотидный кодон, что не умеет делать ни один живой организм.

По мнению Брайана Дэвиса (Brian L. Davis) из Научно-исследовательского фонда Южной Калифорнии, данные разработки в первую очередь важны для биомедицины. Дэвис подумывает о создании лейкоцитов, которые синтезируют необычные белки, мгновенно разрушающие патогенные микроорганизмы или раковые клетки.

Биологи-синтетики пытаются создать новые, не встречающиеся в природе формы ДНК. Стивен Беннер (Steven A. Benner) из Флоридского университета уже более десяти лет назад составил шестибуквенный генетический алфавит, который недавно был использован для быстрого обнаружения вируса атипичной пневмонии. А Джек Шостак (Jack W. Szostak) из Массачусетского госпиталя проводит различные эксперименты с нуклеиновой кислотой TNA, в которой рибоза заменена более простым сахаром. TNA и xDNA, сконструированные Эриком Кулом (Eric T. Kool) из Стэнфордского университета, более стабильны, чем обычная ДНК, и лучше подходят для перепрограммирования клеток. Однако первое, что предстоит сделать ученым, - заставить все описанные конструкции работать в клетках живых организмов.