Как работает синтетическая биология? Какие эксперименты в этой области проводят ученые сегодня? Что общего у синтетической биологии и алгебры? И что случится, если встроить в клетку человека искусственные генетические сети? Об этом и многом другом рассказывает кандидат биологических наук, заведующий лабораторией синтетической биологии Менделеевского университета, начальник отдела генетических исследований НИЦ «Курчатовский институт» Максим Патрушев.
Биотехнология как наука касается главных областей жизни человека: сельского хозяйства, пищевой промышленности, медицины. По словам Максима Патрушева, долгое время биология и смежные ей науки были наблюдательными. «Сначала мы наблюдали за природой, затем начали ее изучать: деревья и животных, затем клетку, потом мы заглянули внутрь клетки и научились разглядывать там определенные молекулы. И совсем недавно, в конце 20 века, мы занялись конструированием внутри клетки». Так было положено начало генной инженерии, а затем и синтетической биологии.
Синтетическая биология объединяет генных инженеров, молекулярных биологов, программистов и физиков. Это самостоятельное направление, сфокусированное на конструировании определенных функций в живых клетках. Оно позволяет не только манипулировать с генами и геномами, но и создавать совершенно новые последовательности ДНК и биологические системы. Квинтэссенцией развития синтетической биологии является искусственная жизнь.
Сегодня синтетическая биология рассматривает клетку как техническое устройство и использует для этого профессиональный язык. «Технические средства просты, дискретны. И мы посмотрели на клетку как на дискретное устройство, где есть 3 основных уровня: сенсоры, то, что перерабатывает поступающий сигнал, и то, что является результатом переработки этого сигнала. Все как в компьютере», – отметил завлаб синтетической биологии Менделеевского университета. Когда ученые рассматривают взаимосвязанные процессы внутри клетки, то применяют алгебру логики. Сначала схему конструируют на компьютере с использованием технических языков и символов, затем ее «погружают» внутрь клетки.
«В лаборатории синтетической биологии РХТУ мы нацелены на работы в области промышленных биотехнологий. Осенью начнем проект по созданию сенсоров, которые внутри бактериальных клеток будут определять аминокислоты. Чтобы вычислить количество аминокислоты, существует долгая методика, ученым приходится анализировать тысячи штаммов бактерий. Это очень неудобно, поэтому мы будем думать, как решить эту проблему», – рассказывает Максим.
Сейчас в новой лаборатории РХТУ проводят целый блок работ, направленных на применение синтетической биологии к регуляции клеток в организме человека. Один из проектов – генно-терапевтический препарат для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Чаще всего к таким заболеваниям приводит атеросклероз – закупорка сосудов. Это происходит из-за нарушения метаболизма холестерина. Переносят холестерин по организму человека липопротеины низкой плотности (ЛПНП), которые состоят из фосфолипидов, свободного холестерина и белка аполипопротеина B (АпоB). Вредное влияние ЛПНП на человека оказывается именно из-за аполипопротеина B.
«Мы пытаемся делать искусственные генетические сети, которые встраивают в клетки, чтобы придать им определенные свойства. Эта сеть впоследствии поможет пациентам избавиться от болезней, связанных с повышением уровня холестерина. В организме человека происходит сбой и резко увеличивается количество белка, который переносит холестерин в клетки. Мы сейчас делаем искусственную петлю обратной связи, когда уже внутри клеток будет отслеживаться регуляция АпоВ. Она будет стабилизировать экспрессию генов определенных белков, которые отвечают за трансфер холестерина в клетки, – рассказывает Максим. – То есть, белок будет все время оставаться на одном уровне».
Проект рассчитан на три года. За это время ученые должны создать работающую конструкцию, которую можно будет внедрить в клетку человека. Исследования проходят на трех площадках – РХТУ, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» и МГУ.
Фото: Никита Фисенко
