Что такое синтетическая биология
Синтетическая биология — своего рода молодое расширение генной инженерии, которой уже около 50 лет. Последняя фокусируется на точечной модификации отдельных генов или их групп для изменения каких-либо характеристик организмов. С ее помощью ученые, например, повышают устойчивость растений к вредителям или лечат наследственные заболевания у людей.
А синтетическая биология пошла дальше — она не просто преображает сотворенное природой, но и создает совершенно новое. По сути, специалисты этой области берут уже существующие «кирпичики», меняют и комбинируют их — так и получаются уникальные, ранее неизвестные миру «строения».
Главная цель этой науки — разработка новых биологических систем и перепрограммирование существующих для выполнения полезных функций. Такие изобретения находят свое применение в различных отраслях: от медицины и сельского хозяйства до энергетики и экологии. Для разработки таких разносторонних проектов в синтетической биологии, помимо генной инженерии, задействованы биотехнологии, информатика, химия, физика, молекулярная биология и многие другие учения.
Как родилась Синтия и в чем ее заслуга
Термин «синтетическая биология» впервые использовала немецкий биохимик Барбара Хобом в 1980 году. Ученая применила его в описании трансгенной бактерии, полученной с помощью рекомбинантной ДНК. Это искусственно созданная цепь ДНК, сочетающая в себе две или более последовательностей генов разных видов. Тогда это определение не прижилось, а в будущем встречалось лишь в нескольких научных работах других исследователей.
Лишь в начале 2000-х синтетическая биология начала зарождаться как самостоятельная дисциплина. Ученые решили, что для эффективного проектирования и создания новых биологических систем необходим подход к науке о живых организмах как к инженерии. То есть, как специалисты этой дисциплины используют стандартные электронные компоненты для создания устройств, так и биологи применяли бы похожие элементы генома для создания новых организмов.
Активно эту идею продвигал Дрю Энди — ныне синтетический биолог и профессор биоинженерии Стэнфордского университета. Он считал, что биологические системы делятся на более простые, стандартизированные части, которые затем можно комбинировать для создания новых организмов и функций в них.
Уже в 2003 году в Массачусетском технологическом институте провели первую международную конференцию по синтетической биологии. Здесь и зародились основы для дальнейшего развития этой дисциплины. А в 2006-м инженеры и биологи основали некоммерческую организацию BioBricks Foundation — «БиоКирпичи». Это онлайн-репозиторий стандартных биологических компонентов, где любые желающие ученые делятся с остальными своими «кирпичиками», способствуя открытым и совместным научным исследованиям.
Настоящий прорыв в области синтетической биологии произошел в 2010 году. Тогда американский генетик Крейг Вентер и специалисты из института его имени создали первый в истории организм с полностью синтетическим геномом. Бактерия получила имя «Mycoplasma mycoides JCVI-syn 1.0» или Синтия.
Сперва команда ученых определила последовательность генома бактерии Mycoplasma mycoides. Затем они синтезировали этот геном в виде коротких фрагментов ДНК и осуществили сборку — последовательно соединили их в один длинный молекулярный «кирпич». А дальше синтезированный геном ввели в клетку другой бактерии — Mycoplasma capricolum, из которой предварительно удалили ее собственный. Эксперимент прошел успешно, подопытная стала функционировать на основе нового набора ДНК, став полноценным живым организмом с синтетическим генетическим кодом.
Что умеет синтетическая биология
Сейчас технология шагнула дальше и уже используется во многих сферах нашей жизни.
Зачем нужны синтетические дрожжи
В 2014 году группа ученых из Стэнфордского университета под руководством американского биолога-синтетика Кристины Смолке разработала синтетические штаммы дрожжей. В медицинских целях они производят сложные органические соединения, такие, как опиоиды. Таким образом, для создания лекарств и ароматизаторов больше не нужны растения — достаточно горстки искусственно синтезированных дрожжей.
Как научились лечить рак
Швейцарская компания Novartis разработала препарат Kymriah для лечения В-клеточного острого лимфобластного лейкоза, самого распространенного типа рака у детей. Весной 2023 года Минздрав официально зарегистрировал это средство в России.
Во время терапии задействуется собственная иммунная система человека. Изменяется ДНК Т-лимфоцитов пациента. К ним добавляется специальный рецептор CAR, нацеленный на уничтожение белка CD19 на поверхности раковых клеток. Так модифицированные клетки CAR-T распознают раковые клетки как злокачественные и помогают иммунной системе пациента разрушать их.
Бургеры из соевых коров
Компания Impossible Foods создала растительный заменитель мяса, практически идентичный настоящему продукту. Он содержит синтетический белок, основанный на гемоглобине из корней сои. Генетически модифицированные дрожжи создают гем — комплексное органическое соединение, входящее в состав гемоглобина, которое придает соевому белку мясной вкус и текстуру, а также служит источником железа.
Биотопливо из бактерий
В 2010 году компания Joule Unlimited представила технологию производства жидкого топлива с помощью синтетически выведенных бактерий. Для создания дизеля им необходима солнечная энергия, вода или диоксид углерода. Этот процесс не требует сельскохозяйственных культур, что делает его устойчивой альтернативой традиционным методам производства биотоплива.
