Трудно быть богом

Попытки искусственного сотворения жизни имеют давнюю историю. Когда Парацельс рассуждал о получении мышей из грязных рубашек и прорастающей пшеницы, жизнь казалась чем-то простым, а ее возникновение — привычным делом.

Попытки искусственного сотворения жизни имеют давнюю историю. Когда Парацельс рассуждал о получении мышей из грязных рубашек и прорастающей пшеницы, жизнь казалась чем-то простым, а ее возникновение — привычным делом. По мере понимания невообразимой сложности живых систем надежда на их изготовление почти растаяла, но ее оживили успехи молекулярной биологии последних десятилетий.

Одна из попыток конструирования жизни предпринимается сейчас в Лос-Аламосе, американском научном центре, который прославило выполнение атомного проекта. Ведает построением жизни по заказу датский физик Стин Расмуссен (Steen Rasmussen), химической стороной проекта руководит китаец Ляохай Чэнь (Liaohai Chen). Кроме этой команды, подобными экспериментами занимаются десятки других исследовательских групп. Почему же тогда презентация, посвященная начатому проекту, открывалась слайдом «We are not crazy» — «Мы не сумасшедшие»? Оказывается Расмуссен намеревается создать жизнь иной химической природы, нежели земная. Ученый не выходит за рамки органической химии, но ищет такие молекулярные решения, которые бы позволили до предела упростить строение живых (или псевдоживых) систем.

Чтобы оценить неимоверную сложность поставленной задачи, надо разобраться в том, что такое жизнь. Как известно, общепринятого ее определения нет (1 Такая ситуация парадоксальна для точных наук, но типична для биологии. Однозначные определения отсутствуют не только для жизни, но и для вида, организма, популяции, адаптации, эволюции, биосферы и многих других ключевых биологических понятий.), но есть несколько подходов к формулировке такого определения. Поскольку земные организмы базируются на белках и нуклеиновых кислотах, можно вслед за Энгельсом характеризовать жизнь по ее биохимической основе. С другой стороны, ее можно описывать, перечисляя характерные свойства известных нам живых существ.

Самым общим подходом является тот, который не связывает жизнь ни с определенными классами веществ, ни с конкретными явлениями, а рассматривает ее как термодинамический феномен. Жизнь — эволюционно совершенствующееся воспроизводство характерной структуры благодаря внешнему источнику энергии в соответствии с внутренней программой. Когда речь идет о земной жизни, мы можем детально описать характерную структуру (клетка с оболочкой на основе липидного бислоя, программа на нуклеиновых кислотах, преобразование энергии с ключевой ролью белков и т. д.) и типичные проявления ее функционирования.

Необходимо ли, формулируя понятие «жизнь», делать акцент на эволюционном развитии? Наверное, да, ведь именно это отличает «настоящую» жизнь от сколь угодно совершенного механизма. Все особенности живых систем — результат эволюции. Это означает не только то, что каждая особенность живых систем отшлифовывалась отбором на протяжении огромного времени. Сколь ни сложна современная жизнь, все ее характеристики могли возникать лишь эволюционно — путем совершенствования первоначально относительно простых приспособлений. В земной эволюции Афина не могла появиться из головы Зевса — ей надо было пройти путь становления длиной в 4 млрд. лет и сохранить в своем строении следы этого пути.

Кстати, согласно приведенному определению, ни вирусы, ни более простые молекулярно-генетические системы не следует считать живыми. Вирус — это молекула нуклеиновой кислоты, содержащая программу его сборки; белковые молекулы, обеспечивающие доставку этой кислоты и, иногда, еще кое-какие «детали», взятые у клетки-хозяина. Вся работа по производству вируса выполняется клеткой — действительным носителем жизни. Признавая вирус живым, мы должны считать живым и «письмо счастья», содержащее инструкции по собственному переписыванию и распространению.

Вирусы уже удалось скопировать искусственным путем: вирус полиомиелита мышей был собран мономер за мономером. Хотя искусственный вирус оказался по своим свойствам идентичен натуральному, как создание жизни этот результат пока не воспринимается.

Опробованные на вирусах технологии сейчас пытаются реализовать на клетках. Так, в Мэриленде работает команда под руководством Крэйга Вентера (Craig Venter), одного из активистов расшифровки генома человека, предоставившего для выполнения этой задачи не только свой собственный геном, но и усовершенствованные методы его прочтения. Эта группа пытается воссоздать по молекулам одну из самых простых клеток — микоплазму (Mycoplasma genitalium), возбудителя одной из половых инфекций человека. Микоплазма обходится всего 517-ю генами, причем их число можно и сократить (Вентер уже готов выбросить больше половины из них). Отключая в микоплазме один функциональный блок за другим, ученый планирует описать простейшую способную к самовоспроизведению конструкцию, а потом собрать ее из отдельных молекул.

Расмуссен пытается создать минималистскую альтернативу, основанную на других соединениях. Например, он решил отказаться от характернейшей особенности известной нам жизни: мембран. Мембраны, биологические оболочки, основанные на липидном бислое, кажутся неотъемлемой характеристикой жизни. Именно они ограничивают внутреннюю среду клетки и делят сложные клетки на отдельные отсеки. Расмуссен же намерен синтезировать протоклетки — так называемые мицеллы (находящиеся в водной среде наночастицы), собранные гидрофобными и иными молекулярными взаимодействиями. Основу мицелл, как и основу мембран, составят липиды — жироподобные вещества, с которыми свяжутся другие молекулы. Размеры мицеллы — 5–10 нм (крошечный комок по сравнению даже с очень мелкой клеткой Mycoplasma genitalium, достигающей 200–250 нм).

Расмуссена не устраивают свойства ни ДНК, ни РНК — носителей информации у земной жизни. Надежда возлагается на пептидную нуклеиновую кислоту (ПНК, PNA) — творчество датского ученого Питера Нильсена (Peter Nielsen), одного из участников описываемого проекта. ПНК совмещает способность к матричному копированию с ферментативной активностью. Хотя сейчас в живой природе это вещество не встречается, Нильсен предполагает, что ПНК могла быть тем самым биополимером, с которого и началась в свое время эволюция «большой» жизни.

Поскольку ПНК электропроводна, то, связав с одним ее концом фоточувствительную молекулу, можно обеспечить перемещение выбитого светом электрона по молекуле пептидной нуклеиновой кислоты. В конечном счете электрон должен вызывать перестройку молекулы «пищи», добавленной в культуральную среду. В результате из «пищевых» молекул должны получаться компоненты протоклетки, а молекулярные взаимодействия должны присоединять новые молекулы к мицелле, обеспечивая ее рост. Когда мицелла вырастет, она потеряет устойчивость и разделится на две части. Добавляя в среду «пищу», отводя отходы и поставляя световую энергию, мы получим размножающуюся популяцию искусственных протоклеток. Альтернативная жизнь, которую собирается создать Расмуссен, не будет способна самостоятельно существовать в земных условиях, однако для нее уже подбираются биотехнологические варианты использования.

Можно ли считать этот феномен жизнью? Да, утверждает автор проекта, уверенный, что научной победой будет даже один «жизненный» цикл новой конструкции. Однако с ним согласны далеко не все. Одно из фундаментальных свойств жизни — потенциально неограниченное во времени сохранение ее свойств — бессмертие. Сложный организм не может быть бессмертным, а самовоспроизводящаяся популяция — может. С потенциальным бессмертием жизни тесно связана ее способность к эволюции. О создании новой жизни можно будет говорить тогда, когда в условиях культуральной среды начнется отбор альтернативных конструкций протоклеток, приводящий к усовершенствованию их метаболизма и размножения. Если для «большой» жизни эволюция была условием ее возникновения, то о независимости «малой» можно будет судить только после первых ее эволюционных шагов.

Ну что ж, посмотрим, что получится у Расмуссена.