Синтетическое будущее: профессор Гарварда работает над упрощением биологического инжиниринга

Профессор Памела Сильвер из Гарвардской медицинской школы (HMS) верит в потенциал биологии изменить мир. Она видит будущее, где учёные будут использовать микробов для борьбы с болезнями, а компьютеры — для превращения бактерий в микроскопические фабрики лекарств, быстро собираемые из готовых биологических частей.

Суть синтетической биологии

Синтетическая биология стремится убрать метод проб и ошибок из биологического инжиниринга, создавая биологические элементы с известными свойствами, которые можно предсказуемо соединять в полезные системы. По мнению Сильвер, биология по своей природе модульна: её строительные блоки (гены, белки) можно собирать, как элементы на электрической схеме.

Три подхода к предсказуемости

Исследователи используют три основных подхода:

  1. Компьютерное проектирование (CAD): Детальное понимание свойств биологических единиц для их моделирования и сборки in silico.
  2. Высокопроизводительный скрининг: Быстрый перебор множества вариантов (микробы с определёнными генами, синтетические хромосомы) для поиска оптимального решения.
  3. Использование эволюции: Изначально созданная синтетическая система улучшается в процессе эволюции в заданных условиях. Например, в лаборатории Сильвер инженерные E. coli, способные фиксировать CO2 (как фотосинтезирующие организмы), "доращиваются" в среде, где выживают самые эффективные.

Драйверы развития

Ключевую роль играет стремительное удешевление и ускорение секвенирования и синтеза ДНК. Это позволяет быстро находить полезные мутации и "программировать" организмы на выполнение нужных задач.

Примеры проектов из лаборатории Сильвер

  • Бактериальные батареи и микробы для производства биотоплива.
  • Микробная фабрика биотоплива: Постдок Дэнни Дукат модифицировал цианобактерии, заставив их выделять до 80% производимого сахара наружу ("сахар из солнца"). Цель — создать симбиоз с дрожжами, которые будут превращать этот сахар в этанол. Такая система могла бы производить топливо на неплодородных землях, не конкурируя с продовольственными культурами.
  • Генетическая система "автоудаления" ("auto-delete") — для предотвращения выхода генетически модифицированных организмов (ГМО) в окружающую среду.

Вызовы и перспективы

Основным узким местом для многих проектов (как микробные фабрики) является масштабирование до промышленных объёмов. Несмотря на критику "вмешательства в природу", Сильвер отмечает, что даже вакцинация — это форма такого вмешательства.

Синтетическая биология может радикально снизить стоимость создания новых препаратов. Например, производство противомалярийного средства из полыни с помощью генетически модифицированных микробов обошлось более чем в 100млн * *.Цельже—снизитьстоимостьподобныхпроектовдо * *5000, сделав технологию доступной.

Бостонско-Кембриджский регион (с лабораториями HMS, Института Висса, MIT, Boston University) наряду с Калифорнийским университетом в Беркли является национальным лидером в этой области. По мнению Сильвер, область находится на пороге взрывного роста как возможностей, так и общественного понимания этих возможностей.

2012-08-21