Когда вы слышите слово «биология», вы, вероятно, думаете о чем-то вроде «природа» или «естественный», но человечество вмешивается в биологию уже тысячи лет, и сейчас, в 21 веке, наши инструменты мощнее, чем когда-либо.
Мы прошли путь от грубого разведения растений и животных на протяжении поколений для удовлетворения наших потребностей до простого создания необходимой нам биологии с нуля. Вы можете не осознавать этого, но наше мастерство в биологии тихо и взрывообразно растет, и не пройдет много времени, как плоды этого труда станут очевидными.
Синтетическая биология получила свое название в 1910-х годах, но захватила воображение в 70-х годах
Хотя концепция модификации живых организмов существует уже много веков, термин «синтетическая биология» впервые появился в 1910-х годах. Его использовал французский биолог Стефан Ледюк в публикации под названием Физико-химическая теория спонтанной жизни и поколений и еще раз два года спустя в Синтетическая биология.
Позднее, в 1974 году, Вацлав Шибальский популяризировал этот термин в отношении генной инженерии, но он и не подозревал, что однажды синтетическая биология станет чем-то большим, чем просто манипулированием уже существующей жизнью.
Люди запатентовали жизнь в 1981 году
Если вы генетически модифицируете организм, чтобы создать живое существо, которое может выполнять функцию, от которой вы можете получить прибыль, можете ли вы запатентовать это? Это был большой вопрос в 1981 году, когда доктор Ананда Чакрабарти получил патент.
Патент 4,259,444 1972 XNUMX был выдан на ГМО-микроб и был подан еще в XNUMX году. Микроб, о котором идет речь, был разработан для поедания нефти, и предполагалось, что его можно будет использовать для безопасной очистки разливов нефти.
Хотя изобретение не было разработано, потому что GE нашла другие, более удачные решения, сам патент имеет историческое значение, поскольку он создал прецедент, который фактически позволил запатентовать саму жизнь.
Мы картируем наш собственный геном в 90-х
До того, как я в конечном итоге пошел изучать психологию, в детстве я на самом деле интересовался изучением генетики. В 90-х я прочитал о проекте «Геном человека», который был направлен на картирование всего генома человека. За исключением однояйцевых близнецов, разница между генами любых двух людей составляет всего 0.1%.
Итак, картирование генома человека позволило бы всему нашему виду сделать огромный скачок вперед в знаниях о наших собственных чертежах. Это не означало, что мы поймем все, но полное картирование было необходимым первым шагом.
Благодаря достижениям в области компьютерного оборудования проект был фактически завершен раньше срока в 2003 году. Этот проект является краеугольным камнем современной генетической науки человека, и это одно из наших величайших достижений. Не такое яркое, как высадка на Луну, но определенно более важное!
Продукты с ГМО одобрены в 1994 году
Первый генетически модифицированный продукт питания, помидор Flavr Savr, был одобрен для коммерческой продажи в 1994 году. Созданный Calgene, FDA одобрило продажу ГМО-помидора и не потребовало специальной маркировки, поскольку не нашло никаких различий в безопасности или питательной ценности между Flavr Savr и не-ГМО-помидорами. Однако Flavr Savr продержался на рынке всего три года, потому что Calgene не смогла сделать его финансово жизнеспособным. Затем компанию выкупила Monsanto.
С тех пор продукты ГМО процветали, обеспечивая лучшую продовольственную безопасность и улучшенные урожаи, опираясь на тысячи лет селективного разведения культур различными человеческими цивилизациями. Однако реакция общественности на ГМО была неоднозначной, и помимо самой науки, не все довольны деловой практикой таких компаний, как Monsanto.
Тем не менее, получение прямого контроля над генами, которые производят нашу еду, является важным историческим поворотным моментом для синтетической биологии, и мы увидели только вершину айсберга, когда дело доходит до того, чего можно добиться с помощью генной манипуляции растений и животных. Например, были созданы ГМО-свиньи с органами, которые можно пересаживать людям.
Мы создали искусственную жизнь с нуля
Перенесемся в 2008 год, когда ученые из Института Дж. Крейга Вентера синтезировали весь геном бактерии, создав первый искусственный геном. Они использовали существующую бактериальную клетку и заменили ее геном на тот, который был синтезирован в лаборатории. По словам Вентера:
Мы называем его синтетическим, потому что клетка полностью получена из синтетической хромосомы, созданной с помощью четырех флаконов химикатов на химическом синтезаторе, начиная с информации в компьютере.
Однако это был всего лишь промежуточный шаг. Дальше была еще большая проблема. Не довольствуясь синтезом генома с нуля, Вентер и его команда создали первую синтетическую самовоспроизводящуюся клетку.
Я думаю, важно сделать шаг назад и подумать, что это первые примеры инопланетной жизни, с которыми мы столкнулись. С тех пор как команда Вентера создала живые организмы с геномами, синтезированными из сырых химикатов, которые имеют гены, не общие ни с одним другим живым существом. У них нет генетических предков, даже если они основаны на природных организмах, гены которых были картированы и изучены.
Работа Вентера напрямую привела к разработке методов синтеза вакцин и проложила путь к созданию в будущем многоклеточного организма, который будет полностью синтетическим и построенным с нуля, или биологических машин, которые являются результатом не эволюции, а дизайна.
CRISPR открывает возможности генной инженерии
Один из крупнейших прорывов в синтетической биологии произошел в 2012 году с коммерциализацией CRISPR-Cas9, революционного инструмента для редактирования генов. Сама технология CRISPR была изобретена в 1987 году, но потребовались десятилетия разработки и технологического прогресса, прежде чем ее можно было внедрить. Что делает CRISPR такой важной, так это то, что вы можете редактировать гены живых существ in vivo. Таким образом, можно лечить определенные генетические состояния, даже у взрослых. По состоянию на 2023 год более 200 человек получили генную терапию CRISP.
Возможно, более интригующим является использование CRISPR для модификации генов эмбрионов, хотя этот путь чреват опасностью. Тем не менее, возможность исправить генетические заболевания у эмбрионов, приводя к рождению здорового ребенка, заманчива. Однако этические проблемы глубоки, особенно когда речь идет о конструировании уже здоровых эмбрионов, чтобы они стали «лучше» в каком-то смысле. Возможно, с более продолжительной продолжительностью жизни или большей устойчивостью к раку, более высоким интеллектом или чем-то еще, на что в конечном итоге влияют наши гены.
Проблема также в том, что CRISPR может вносить в геном изменения, которые могут передаваться по наследству, то есть вы редактируете не только гены отдельного человека, но и всю его будущую родословную.
Прибытие ксеноботов
Все эти разработки в области синтетической биологии привели к предсказуемому результату: ксеноботам. Ученые из Университета Вермонта, Университета Тафтса и Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете объединили робототехнику с генетикой, создав ксеноботов.
Взяв живые клетки из эмбрионов лягушек, команда собрала эти клетки в своих маленьких биологических роботов. Живые машины, которые могут идти туда, куда вы им скажете, и выполнять какую-то задачу, хотя эти ранние версии не могут делать так много. Однако вскоре после появления ксеноботов ученые обнаружили способ заставить их самовоспроизводиться бесполым путем, используя новый метод размножения, известный как «кинематическое размножение». Что интересно, это поведение не было запрограммировано, а вместо этого ксеноботы начали делать это спонтанно.
Теперь мы берем под контроль биологию
Кажется, что все, что происходило в нашей истории попыток подчинить биологию нашим нуждам, было лишь прелюдией. Мы находимся на пороге истинного понимания себя и всей жизни на Земле, взятия ее под контроль и изменения ее любым способом, который мы можем себе представить. Однако потенциальные опасности огромны, и если мы не будем предельно осторожны, это может привести к некоторым очень нежелательные результаты.
