Искусственная жизнь
Искусственная жизнь:
- Формы жизни: организмы, популяции или экосистемы, — создаваемые человеком целиком и намеренно; или
- Вычислительные системы — компьютерные или формальные, — тем или иным образом выявляющие характер живых систем.
Синтетическая биология[1] посвящена искусственной жизни в первом значении, а системная биология — во втором.
Вместо целых организмов, искусственная жизнь может также быть ДНК, хромосомами или белками полностью из синтезированной материи или с частичным привлечением биологического материала, или полностью из биологических компонентов, но в форме, никогда не встречающейся в природе, или сильно отличающейся от таковой.
Синтетическая биология занимается изучением закономерностей жизни, не разбирая её на составляющие, а наоборот, создавая аналоги жизни и жизненных форм, модифицируя существующие организмы, моделируя процессы происходящие в живых организмах. Одна из задач синтетической биологии — это развитие методов генной инженерии до уровня науки с мощнейшим и развитым практическим и технологическим аппаратом.
Искусственная жизнь вначале возникла в форме компьютерных моделей, которые имитировали жизнь во всех её проявлениях — от самых общих форм (Игра «Жизнь») до молекулярного уровня и моделирования эволюции. Как только технические возможности биотехнологий и генной инженерии позволили производить существенное вмешательство в ДНК живых организмов, начались эксперименты с созданием искусственных форм жизни.
На 2012 год основной деятельностью около ста лабораторий в мире является производство синтетической жизни.
Шестибуквенная ДНК[править]
Началом практического этапа синтетической жизни можно считать 1989 год, когда профессор Стивен Баннер (Steven A. Benner) из Цюрихского университета создал спираль ДНК, в основе которой лежат не 4 основных элемента (тимин, аденин, цитозин, гуанин) а шесть, добавив к уже имеющимся основаниям еще два, которые получены модификацией основных[2]. В 2009 году, спустя 20 лет Баннеру удалось создать условия, при которых синтетическая ДНК может дуплицироваться — раствор определённых ферментов при определённой температуре. Помимо чисто экспериментального интереса, такие решения имеют и прикладное значение — с помощью этих разработок был быстрого обнаружен вирус атипичной пневмонии. В дальнейшем это может быть использовано для создания специфических сверхэффективных антител к различным бактериям и вирусам.
ТНК[править]
Профессор Джек Шостак (Jack W. Szostak) работающий в Массачусетском госпитале создал новый тип нуклеиновый кислоты Треозонуклеиновую кислоту[3], в которой рибоза/дезоксирибоза замещена на треозу, что придаёт ей некоторые изменённые свойства — цепь легче полимеризуется, и больше подходят для некоторых процессов в генной инжененрии[2]. Существует версия, в соответствии с которой ТНК была предшественником РНК/ДНК.
Изменение кодонов[править]
В 2001 году удалось изменить структуру кодонов, Ли Вонг (Lei Wang) и Питер Шульц (Peter G. Schultz) из Океанографического института Скриппса в Ла-Холья (Калифорния) заставили E. coli вставлять по триплету TAG аминокислоты, не входящие в протеиногенные аминокислоты, это позволило синтезировать белки, которые отсутствуют в природе. Впоследствии это было воспроизведено и в дрожжевых клетках.
Следующим шагом стало изменения устройства кодона Джейсоном чином (Jason Chin). Удалось создать механизм считывания кодонов не из трёх, а из четырёх нуклеотидов. удалось перенастроить механизм транскрипции и синтеза белка у E. coli так, чтобы он мог считывать не триплеты, а четырёхзначные слова. В этом случае могут быть получены не 64 а 256 комбинаций нуклеотидов, это открывает широкие возможности по кодированию белков, принципиально новых, даже частично не существующих в природе. В принципе это возможно, сначала запрограммировав структуру белка, а затем синтезировав его, однако существует проблема фолдинга белка.
Синтетические клетки и элементы[править]
В 2004 году в университете Рокфеллера была создана искусственная клетка из исходных биологических материалов. В качестве мембраны выступили липопротеины белка куриного яйца, органеллы были позаимствованы у E. coli, некоторые ферменты синтезированы с помощью ДНК вируса, основную часть ДНК составляла часть генома медузы, кодирующий флоуресцирующий белок. Фактически основная работа клетки заключалась в транскрипции кода и синтезе белка. Другой вариант такой клетки формировал белки, которые образовывали отверстия в мембране клетки. Такие клетки формально нельзя назвать живыми, так как самостоятельно они принципиально не способны воспроизводить самих себя — в них просто не заложен такой механизм[4].
Неживую единицу, но которую возможно воспроизводить биологическими методами, воссоздали в институте биологических энергетических альтернатив (Institute for Biological Energy Alternatives) — бактериофаг phiX174. Была синтезирована ДНК, всего 5386 нуклеотидных пар, содержащих копию генов исходного вируса. примечательно, что полностью собранный человеком вирус заработал как и исходный[4].
Необычная с биологической точки зрения форма жизни была создана Стином Расмуссеном (Steen Rasmussen) работающим в американской Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Lab). Она очень проста — все элементы расположены на комке жирных кислот, вместо ДНК — ПНК-пептидная нуклеиновая кислота, состоящая из пептидов. Воздействие света на фоточувствительную молекулу заставляет пробегать по ПНК-пептидной цепи электрон. который стимулирует реакцию присоединения последующих элементов — жирных кислот и ПНК-пептидных молекул. Этот «организм» растёт пока не становится нестабильным и разъединяется на две части и процесс повторяется вновь[4].
Еще одной вехой в истории искусственной жизни стала работа Крейга Вентера. Ему удалось «пересадить» ДНК из одной бактерии Mycoplasma mycoides в другую бактерию того же рода Mycoplasma capricolum. Дополнительной особенностью было то, что ДНК Mycoplasma mycoides был создан искусственным путём — геном бактерии был расшифрован, а затем воспроизведён с помощью E. coli — части генома были воспроизведены в различных особях кишечной палочки, а затем соединены вместе. После пересадки ДНК (которую метилировали для того, чтобы предотвратить разрезание её ферментами реципиента) Mycoplasma capricolum благополучно размножалась, приобретя характеристики бактерии донора ДНК. Бактерия получила имя Синтия (JCVI-syn 1.0).
Практическое применение[править]
Применение синтетической жизни трудно переоценить, из наиболее очевидных — это синтез различных соединений — лекарств от малярии (артемизинин), создавать бактерии. которые смогут уничтожать раковые опухоли в организме человека. С 2008 года по 2011 год рынок синтетической жизни вырос с 234 миллиона долларов до 1 миллиарда. Считается, что к 2013 году он он составит 4,5 миллиарда в долларовом эквиваленте[5]. С другой стороны создание таких организмов представляет интерес с военной точки зрения, то есть представлять опасность для человечества[6].
OpenWorm[править]
В рамках проекта под названием OpenWorm была создана функционирующая математическая модель червя Caenorhabditis elegans, которую заявили как первый в мире цифровой живой организм. Конечная цель проекта — попытка построить полную симуляцию червя, состоящего из 302 нервных клеток и 95 мышечных.
Проект OpenWarm стартовал в начале 2011 года и сейчас развивается учеными и программистами из США, России и Европы. Проект провозглашается как первый шаг на пути к имитации больших биологических систем.[7]
Из общей математической модели OpenWorm была взята часть, которая является моделью мозга червя (состоящая из 302 цифровых нейронов) и помещена в микропроцессор, управляющий движениями робота, который был собран из конструктора Lego Mindstorms EV3. Сконструированный таким образом робот может двигаться и взаимодействовать с препятствиями подобно живому червю на основе команд, генерируемых цифровым мозгом червя.[8]
См. также[править]
Источники[править]
- ↑ Надежда Маркина, Детали мира, 1 [3] 2012, С. 16-25
- ↑ 2,0 2,1 Уэйт Гиббс Синтетическая жизнь
- ↑ NASA, TNA World
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Жизнь 2.0
- ↑ Синтезируя живое
- ↑ Ученые смогли создать искусственную жизнь. Она получила имя Синтия
- ↑ http://habrahabr.ru/post/208036/
- ↑ http://pikabu.ru/story/sozdan_pervyiy_v_mire_tsifrovoy_zhivoy_organizm_pervyiy_shag_chelovechestva_na_puti_k_bessmertiyu_2873778
Литература[править]
- Andy Coghlan Was simple TNA the first nucleic acid on Earth to carry a genetic code? // New Scientist
Ссылки[править]
- Познавательный портал «Школа жизни.ру» Что такое искусственная жизнь?
- Микробиолог Крейг Вентер произвел на свет Синтию. Этим именем он назвал одноклеточный организм, которым управляет синтетическая ДНК
- Впервые создана искусственная форма жизни
- Газета.ru Искусственная жизнь почти создана
- Синтетическая биология: Жизнь 2.0 уже проходит бета-тестирование
- Геном из пробирки обещает миру блага и бедствия
- Уэйт Гиббс Синтетическая жизнь
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||