Микробы в твоем организме – твои друзья ("The Atlantic ", США)

Интервью со специалистом по синтетической биологии Кристиной Агапакис

Алексис Мэдригал (Alexis C. Madrigal)

По мере того, как число методов и средств создания живых структурных элементов в последние годы значительно увеличилось, наше определение человеческой жизни стало более всеохватывающим. Например, мы узнаем, что обширные экосистемы микробов внутри нашего организма так же неразрывно связаны с нашей жизнеспособностью и самочувствием, как и наши собственные ткани, они оказывают влияние на все – от иммунной системы до химических процессов, происходящих в головном мозге. При этом происходит и расширение границ самой биологической науки – возьмем, например, синтетическую биологию, новую область биологии, в которой сочетаются концепции и методы молекулярной биологии, инженерного искусства и химии, что позволяет создавать биологические структурные элементы и процессы. Исследованиями на стыке этих направлений занимается после защиты докторской диссертации специалист по структурной биологии Кристина Агапакис (Christina Agapakis) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.    

Алексис Мэдригал: В 21 веке люди связывают с биологией большие надежды. Многие утверждают, что значение биотехнологий будет так же велико, как и роль информационных технологий в последние десятилетия. Это действительно так? 

Кристина Агапакис: Людям хотелось бы, чтобы синтетическая биология и биотехнологии ознаменовали следующую промышленную революцию. Если оглянуться назад, можно заметить, что люди всегда старались представить работу человеческого организма в соответствии с системой технических воззрений, господствовавшей в конкретный период времени, сравнивая его то с паровой машиной, то с компьютером. Надеюсь, что такой технологией, на которую мы будем ориентироваться, скоро станет биология. Возможно, мы станем свидетелями того, что не биология будет похожа на промышленные отрасли и вычислительную технику, а они будут похожи на биологию.

- Некоторые специалисты по синтетической биологии сделали все, чтобы внедрить в биологию технический образ мышления. И ходят разговоры о создании стандартных «фрагментах» ДНК, которые называются «биокирпичами». Что это такое?

- В основе биокирпичей лежит идея о том, что можно собрать набор или коллекцию фрагментов ДНК с определенными полезными функциями, т.е. серийно выпускаемых и готовых к использованию частей ДНК. И можно будет заказать: «Так, мне нужен флуоресцентный фрагмент» или «Мне нужна такая часть, которая будет активизироваться под воздействием этого химического вещества». А потом можно будет объединить эти фрагменты и сочетать их свойства: поместить их внутрь бактерии, в результате вы получите флуоресценцию под воздействием какого-то химического вещества – вот так можно будет создать свою сеть розничной торговли не хуже, чем популярная RadioShack.

- Вы видели, как колонии бактерий работают совместно внутри человеческого организма и в других условиях. В каких масштабах можно было бы в будущем активно создавать с помощью биотехнологий наши собственные экосистемы из микроорганизмов? 

- Мы могли бы повлиять на это – мы можем увеличить разнообразие микроорганизмов в кишечнике и тем самым оздоровить организм. Например, фекальная трансплантация – иногда с серьезными инфекциями пищеварительного тракта невозможно справиться даже с помощью антибиотиков. При этом не получается обеспечить размножение в кишечнике полезных бактерий, позволяющих избавиться от вредных. Но если в кишечник больного человека переселить колонию микроорганизмов из кишечника здорового человека, то полезные бактерии уничтожат болезнетворные. Однако проблема состоит в том, что невозможно точно определить: «Вот этих нужно столько, а вот этих - столько. И дальше все будет в норме». Дело, скорее, в том, чтобы создать оптимальные исходные условия.  

- Похоже, возникают серьезные несоответствия между сложностью самой жизни, которая становится еще непонятнее, чем больше мы ее изучаем, и темпами развития технологий секвенирования ДНК, с помощью которых мы видим все хитросплетения этой жизни. И чем больше мы узнаем об элементах живой структуры, тем больше мы осознаем, как много есть такого, чего мы все еще не понимаем. Вот только что возьмет верх – чувство, что мы знаем как никогда много или осознание того, что жизнь гораздо загадочнее, чем мы думаем?   

- Вообще-то, вопрос не в том, какое из этих чувств «победит». Есть методы и средства для считывания и записи кодов ДНК, которые помогают нам понять эту сложность, но ведь их недостаточно. С помощью секвенирования ДНК нельзя определить, как активизируются гены, как взаимодействуют протеины, как клетка взаимодействует с окружающей средой и другими клетками. В условиях, когда появляется огромное количество всяких «-омов» (например, геномов, протеомов, метаболомов), мы понимаем, что все это сложное многообразие с помощью одного лишь секвенирования ДНК расшифровать не удастся, здесь нужны новые технологии. 

Стоимость самого синтеза ДНК в нестоящее время снижается, но общие затраты на проекты в области синтетической биологии сокращаются гораздо медленнее, поскольку весь процесс предусматривает еще и конструирование, создание и тестирование синтетических систем. Как любит говорить Дрю Энди (Drew Endy) из Стенфордского университета: «Если мы умеем написать код ДНК, это еще не значит, что мы знаем, что сказать». Разработка хитроумного биологического проекта является невероятно сложной задачей – и не просто потому, что сложно устроена сама клетка. Трудности еще связаны и с тем, что приходится думать о том, как продвигать наши разработки на рынок, решать организационные вопросы, оформлять патенты, а еще как наши проекты будут влиять на окружающую среду. Приходится заниматься многими другими вопросами, ответы на которые путем одного лишь секвенирования не получишь, если эти ответы вообще можно получить.

Оригинал публикации: The Hordes of Microbes Inside Your Body Are Your Friends