Оно питается. Оно растет. Оно делится.
Похваляется этим оно, по крайней мере, на протяжении пяти циклов. А затем останавливается.
В лаборатории Университета Миннесоты исследователи называют свое творение SpudCell. Оно выглядит как жизнь. Оно ведет себя как жизнь. Его создатели утверждают, что это первый синтетический организм, завершивший полный жизненный цикл. Звучит смелое заявление. Возможно, даже слишком смелое. Научное сообщество отреагировало той самой специфической смесью восхищения и скептицизма, которая обычно сопровождает прорывы, кажущиеся слишком безупречными. Некоторые говорят: «Да, вот оно!» Другие же указывают на трещины, появившиеся уже на пятом поколении. Возможно, до настоящего дела дело еще далеко.
Создано с нуля или просто сшитое из кусков?
На первый взгляд SpudCell напоминает клетку. У нее есть липидная мембрана. У нее есть геном. Но если взглянуть пристальнее, становится виден каркас. Ненатуральные компоненты. Собранные в колбе. Имитация базовых клеточных функций. Остальное дается ей с трудом. Для поддержания работы требуется значительное внешнее вмешательство. И даже при этом лимит составляет всего пять поколений. Потолок. Стена, о которую она упорно врезается.
Почему она останавливается?
Вину стоит возложить на рибосомы. Или, точнее, на их отсутствие.
Майкл Джьюэтт (Michael Jewett), биоинженер из Стэнфорда, не имеющий отношения к проекту, говорит прямо: рибосомы — это молекулярные машины жизни. Они переводят генетический код в белки. Эти белки выполняют работу. То самое настоящее функционирование жизни. Джьюэтт использует кулинарную метафору: ДНК — это поваренная книга, РНК — рецепт, а рибосома — повар. Без повара у вас есть ингредиенты, но ужин не приготовлен.
«Если ДНК — это поваренная книга, а РНК — карточка с рецептом, то рибосома — это „повар“».
У SpudCell есть рецепты. У нее есть кухня. Но она не готовит своего собственного повара. Она не может построить рибосомы с нуля, у нее нет для этого генов. Что же делают исследователи? Они берут в долг. Они заимствуют рибосомы у Escherichia coli — распространенной кишечной бактерии. Эти чужеродные «рабочие» помещаются в синтетические клетки вместе с питательными веществами внутри липосом. Крошечных жировых пузырьков, выполняющих функцию жизнеобеспечения.
Некоторое время это работает. Заимствованные рибосомы производят белок. Клетка растет. Но затем они деградируют. Аарон Энгелхарт (Aaron Engelhart), генетик из Университета Мэриленда, участвующий в команде, наблюдает, как процесс дает сбой. «Хромает немного», — говорит он. К пятому раунду заимствованные механизмы разваливаются. Клетки перестают вести себя как жизнеспособные оригиналы.
Механика провала
Почему происходит сбой? Возможно, дело в простом разбавлении. Клетка делится. Рибосомы делятся вместе с ней. Делятся снова. Вскоре плотность «поваров» становится слишком низкой для поддержания производства. На кухне наступает тишина.
Возможно, дело хуже. Возможно, нарушено наследование.
Реальные клетки упаковывают ДНК плотно. Один непрерывный молекулярный комплекс. Чистый. Геном SpudCell разбросан по отдельным фрагментам. Как страницы книги, рассыпанные по полу. Когда клетка делится, некоторые получают все страницы, большинство — нет. Согласно препринту команды в bioRxiv (текст не прошел рецензирование, но весьма показательный), только тридцать процентов потомков сохраняют полный набор генетического материала после пяти делений. «Мы не знаем, получает ли каждый компонент абсолютно всё, что ему нужно», — признает Энгелхарт.
Структурная организация имеет значение. Деление настоящей клетки — это изощренная хореография. Точная инженерия. SpudCell — это беспорядок. Она заполняет свою мембрану белками до тех пор, пока напряжение не заставит ее расколоться на две части. Грубая сила. Внутри реальные клетки плотно упакованы. Упорядочены. Плотны. Синтетическая версия лишена этой внутренней архитектуры. Компоненты распределяются случайным образом. Хаотично. Когда вы делите машину хаоса, вы получаете больше хаоса. Не клон. А тень.
Решение проблемы с рибосомами — это не быстрая заплатка. Восстановление рибосомы на основе генетических инструкций требует синтеза десятков белковых и РНК-компонентов. Заставить их самостоятельно собираться в правильном порядке — гора, которую нужно перетащить. «Это целая область науки сама по себе», — отмечает Энгелхарт. Это сложно. Возможно, самая сложная часть.
Действительно ли нам нужно, чтобы оно было живым?
Имеет ли все это значение?
Возможно, нет. Жизнь не всегда является целью. Важна функция.
Джьюэтт указывает на практическую пользу. Доставка лекарств. Диагностика. Для этих задач не требуется бессмертный, самоподдерживающийся организм. Нужна емкость. Нужна схема. Его собственная лаборатория разработала систему тестирования воды. Генетическая программа внедряется в бесклеточную смесь. Она контактирует с загрязненной водой. Меняет цвет. Схема работает один раз. Выполняет свою работу. Затем останавливается. Идеально достаточно. «Вам фактически нужно лишь использовать биологические процессы», — говорит Джьюэтт. Не синтетическую душу. А просто синтетический инструмент.
SpudCell не справляется с вечным размножением. Она заимствует свои «органі». Она путает собственные инструкции. Она хрупка. Временна. Но она существует. Она показывает нам, что происходит, когда мы пытаемся собрать жизнь из неживой материи. Она раскрывает сложность, скрытую внутри комка цитоплазмы. Мы думали, что понимаем компоненты. Оказывается, магия — в их расположении. В организации. В скрытом порядке.
Мы далеки от создания самокопирующихся синтетических организмов. До этого еще годы, а может, десятилетия. Но эта попытка говорит нам кое-что важное о природе. Жизнь упруга. Сложна. Хрупка. И, возможно, именно в этом напряжении, в этой пропасти между чертежом и зданием, и живет настоящее очарование.
