eknow — обзор технологий

Большинство используемых человечеством лекарственных препаратов имеют природное происхождение — они образуются в растениях, грибах и бактериях. Но проблема заключается в том, что их носители производят полезные для человека вещества в небольших дозах, достаточных исключительно для собственных нужд. Кроме того, качество и чистота подобных препаратов могут варьироваться в зависимости от условий, окружающих производителя.

Поэтому уже несколько лет набирает силу новое научное направление — синтетическая биология. Ее активисты считают, что проблему снабжения людей лекарствами природного происхождения можно решить, создав искусственный организм, способный исполнять единственную функцию — производить фармакологическую продукцию. Наибольших успехов в этом достигла научная группа из США под руководством Крейга Вэнтера. Ученые взяли бактерию Mycoplasma genitalium, которая известна своим очень коротким геномом, и начали удалять из организма отдельные гены, определяя, при каких обстоятельствах перестанут работать ее биохимические свойства. Затем исследователи разработали способ искусственного построения генома, с помощью которого они смогли создать синтетический организм, способный лишь воспроизводить базовые реакции внутреннего обмена Mycoplasma genitalium. С одной стороны, такой подход позволил получить полностью контролируемую бактерию, но с другой — он не принес ответа на вопрос: как происходят химические реакции внутри этих новых созданий. Биохимия выработки энзимов по-прежнему остается большой загадкой.

Чтобы создать бактерию с уникальным набором возможностей, необходимо последовательно изучить все элементы ее генома, определить среди них все необходимые и перенести их в искусственный геном. При этом исключительно важно не упустить ничего — даже самые мельчайшие и незначительные детали генома могут оказаться крайне важными. Ученые из лаборатории Микробиологической инженерии японского Университета Китасато пошли другим путем. Они взяли уже существующие бактерии и просто удалили из их генома все «лишние» части, превратив живое создание в микроскопическую химическую фабрику. Такой способ выглядит более перспективным — он гарантирует, что получившееся создание будет выполнять все операции правильно.

Для опытов ученые взяли бактерии вида Streptomyces, которые уже давно используются в индустриальном производстве. В природных условиях эти бактерии обитают в почве, различные химические соединения которой воздействуют на разные функции Streptomyces. Так, при определенных обстоятельствах эти микроорганизмы могут выделять вещества, которые используются при лечении вирусных инфекций, раковых опухолей и грибковых заболеваний. Эти вспомогательные функции бактерий носят название «вторичный метаболизм». Исследования японских биологов позволили выделять участки отвечающего за него генома и удалять их. Кроме того, был удален и ряд других генов, ответственных за побочные процессы в организме Streptomyces. В результате получилась «чистая» бактерия, в которой проистекает лишь единственный «базовый» метаболический процесс. При этом размер генома бактерии сократился на 20 процентов.