Законы жизни: искусственный организм делится и живет. Главные новости за 31 марта
Знаменитый генетик Крэйг Вентер сказал: «ДНК — это софт жизни». А раз это софт, на нем можно что-то написать. И что-то уже получается, вот только проблемы с отладкой
В 2016 году команда Крэйга Вентера «написала» первый полностью искусственный организм, который содержал минимальную ДНК. Генетики попытались вычеркнуть из ДНК бактерии Mycoplasma mycoides все неработающие фрагменты и оставить только необходимое. Но «что-то пошло не так» (в программировании это случается), и искусственный организм не смог делиться. Возникали странные нити не до конца разделившихся клеток. Потребовалось 5 лет, чтобы поправить ошибки. Команда из Института Дж. Крейга Вентера (JCVI) совместно с исследователя из других университетских центров добавила в минимальный геном еще 19 генов. Организм назвали JCVI-syn3A. Он нормально делится. Конечно, это открывает огромные перспективы по «написанию» новых искусственных организмов. Дело за малым — уж очень медленно идет отладка этого «софта».
Что бы Вентер не говорил про «софт», алгоритмы и строгая математика работают в природе крайне редко. Обычно все происходит по некоторым вероятностным правилам. Например, есть такая структура — очень нужная, можно сказать, жизненно необходимая — слизь. Она покрывает и носоглотку, и кишечник. Слизь образуют особые молекулы — муцины. Эти молекулы состоят из длинного белкового шипа, на котором находятся нити углеводных полимеров (очень похоже на ершик для мытья бутылок). Все хаотично, никакого софта. Но такое устройство муцинов препятствует «общению» бактерий, мешает им цепляться за поверхности и выделять токсины. Благодаря этому слизь и играет важнейшую защитную роль. Исследователи Массачусетского технологического института сделали синтетическую слизь на основе искусственных муцинов. Это круто. Теперь ищут, что бы такое этой слизью поинтереснее намазать.
Случается, что и от математики есть польза биологии. Исследователи из университета Монаша, Австралия отрыли закон, которому подчиняется рост зубов, клыков, шипов, бивней и других роговых и костных наростов, и не только у ныне живущих организмов, но и у ископаемых. Закономерность основана на давно замеченном правиле: панцирь улитки закручивается в спираль, потому что внутри спирали рост клеток медленнее, чем снаружи. Ученые из университета Монаша применили подобное правило к росту зубов и рогов: если скорость в поперечном сечении мала по сравнению со скоростью вертикального роста — вырастет тонкий шип. Если разница скоростей не слишком велика — вырастут толстые рога. Если вертикальный рост с внутренней стороны медленнее чем с внешней, — рог загнется внутрь. Причем нужные коэффициенты роста всегда можно посчитать и сказать, например, сколько лет жил баран вот с этими рогами. Это очень редкий случай, когда математика работает в биологии так прямо. А муцины, которых мы только что вспоминали, — отвечают за формирование красиво закручивающихся раковин.
Многие типы онкологических заболеваний, в том числе глиобластома мозга, вызываются стволовыми раковыми клетками. Этот особый тип клеток был открыт только в начале 2000-х. Этих клеток относительно мало, на них, как правило, не действует химиотерапия, но пока эти клетки остаются в тканях высока вероятность рецидива: стволовые раковые клетки начинают дифференцироваться и запускают новое обострение болезни. Поиск средств защиты от таких клеток — одна из важных задач при лечении рака. В университете Хоккайдо предложили использовать для этого специальный гель, который состоит их двух химических веществ и воды. Ученые поместили в этот гель образцы ткани мозга, легких, мочевого пузыря, содержащие стволовые раковые клетки. В течение 24 часов эти клетки начали собираться в математически правильные сферы, — появилась четкая цель, уничтожить которую уже довольно просто. Ученые считают, что использование геля для идентификации стволовых раковых клеток поможет при лечении многих форм рака, особенно с многочисленными метастазами.
