Синтетической биологии нужны надежные механизмы безопасности перед применением в реальном мире

Целевая терапия рака, сенсоры токсинов и живые фабрики: синтетическая биология может революционизировать науку и медицину. Однако, прежде чем технология будет готова для реальных применений, необходимо уделить больше внимания её безопасности и стабильности, утверждают эксперты в обзорной статье, опубликованной в Current Opinion in Chemical Biology.

Синтетическая биология включает в себя конструирование микробов, таких как бактерии, для программирования их определенного поведения. Например, бактерии можно запрограммировать светиться при обнаружении определенных молекул или превратить в крошечные фабрики для производства химических веществ.

Синтетическая биология достигла стадии, когда она готова выйти из лаборатории в реальный мир — для использования у пациентов и в полевых условиях. По словам профессора Памелы Сильвер, одного из авторов статьи из Гарвардской медицинской школы (США), этот переход означает, что исследователям следует усилить фокус на безопасности сконструированных микробов в биологических системах, таких как человеческий организм.

Исторически молекулярные биологи конструировали микробы как промышленные организмы для производства различных молекул. Чем больше мы узнавали о микробах, тем легче было их программировать. Сейчас мы достигли очень захватывающей фазы, когда готовы применять наши разработки в реальном мире, и именно здесь безопасность жизненно важна.

Микробы влияют на здоровье; исследования микробиома — всех микробов, живущих в теле — всё больше раскрывают механизмы их взаимодействия с животными, что облегчает и ускоряет их конструирование. Ученые уже способны синтезировать целые геномы, что технически позволяет создать микроб с нуля.

В конечном счете, это будущее — так мы будем программировать микробы и другие типы клеток. У микробов небольшие геномы, поэтому создать их с нуля не слишком сложно. Это открывает огромные возможности для проектирования их под конкретные задачи, а также для программирования механизмов безопасности.

Одной из серьезных проблем безопасности, связанных с конструированием микробных геномов, является перенос их генов к диким микробам. Микробы способны передавать сегменты своей ДНК во время размножения, что приводит к генетической эволюции. Ключевой задачей в синтетической биологии является предотвращение этого переноса между сконструированным и диким микробными геномами.

Уже существует несколько уровней инфраструктуры безопасности, гарантирующих отсутствие неэтичных исследований и регулирующих типы организмов, допустимых в лабораториях. Сейчас, по словам доктора Сильвер, фокус смещается на технологии обеспечения безопасности. При создании синтетических микробов ученые могут запрограммировать механизмы, называемые «предохранительными выключателями» (kill switches), которые заставляют микробы самоуничтожаться при определенных изменениях в их среде.

Работу микробных сенсоров и систем доставки лекарств можно продемонстрировать в лаборатории, но исследователи еще не уверены, как они будут функционировать в человеческом теле или крупном биореакторе. Сконструированные организмы обладают огромным потенциалом, но они будут полезны только в случае доказанной надежности, предсказуемости и экономической эффективности. Сегодня сконструированные бактерии уже проходят клинические испытания для лечения рака, и это только начало.

Скорость, с которой движется эта область, невероятна. Мы на пороге чего-то очень захватывающего. Как только мы поймем, как создавать геномы быстрее и проще, синтетическая биология изменит способ работы исследователей и даже подходы к лечению болезней.