GP-write: глобальный проект по синтезу геномов и созданию вирусоустойчивых клеток

Проект GP-write координирует мировые усилия в области крупномасштабной инженерии геномов. Его амбициозная цель — снизить стоимость сборки и тестирования больших геномов более чем в 1000 раз в течение десяти лет. Для этого требуются прорывные улучшения в методах и технологиях, и именно такие проекты, как синтез человеческого генома, могут подтолкнуть область к этому рубежу.

Новая цель: создание вирусоустойчивых человеческих клеток

Ключевой проект научной дорожной карты GP-write — «Ультрабезопасная клеточная линия». Цель — создать человеческие клетки, которые не могут быть инфицированы вирусами.

Принцип «перекодирования»:

• В ДНК 64 возможных кодона (трехбуквенных комбинаций), кодирующих 20 аминокислот.
• Можно удалить все экземпляры избыточного кодона и заменить его другим, кодирующим ту же аминокислоту. Последовательность белка останется прежней.
• Если удалить связанную с этим кодоном клеточную «машинерию», то любой новый генетический материал (например, вирус), использующий этот кодон, не сможет экспрессировать свои гены. Репликация вируса остановится.

Такая вирусоустойчивая клеточная линия уменьшит осложнения в исследованиях и риски контаминации при биопроизводстве терапевтических препаратов.

Необходимы новые технологии для рутинного синтеза геномов

Прогресс в синтезе:

• 2008 — синтезирован небольшой бактериальный геном (<1 млн пар оснований).
• 2010 — создана синтетическая клетка с таким геномом.
• 2017 — опубликованы отчеты по первым пяти из 16 синтезированных хромосом пекарских дрожжей (Sc2.0, 12 млн пар оснований). Ожидается завершение проекта в этом году.

Человеческий геном намного больше, поэтому для эффективной сборки и тестирования потребуются новые методы. Даже для проекта «ультрабезопасных клеток», требующего изменений лишь в ~1% генома (кодирующих белки), изменения вносятся по всему геному.

Технологические потребности, которые были озвучены:

• Программное обеспечение для совместного проектирования.
• Модели «генотип-фенотип».
• Улучшение сборки при синтезе.
• Более дешевый синтез ДНК.
• Синтез сложных последовательностей (повторы, богатые GC).
• Повышение автоматизации процесса.

Ключевая задача — интеграция инноваций в рамках глобальных коллабораций, где лаборатории должны выполнять совместимую работу.

Вовлечение научного и общественного сообщества

GP-write позиционируется как «лунный вызов» (moonshot) для синтетической биологии, призванный объединить сообщество вокруг масштабной цели.

Особое внимание уделяется коммуникации и публичной outreach-работе, чтобы:

• Распространять научно точные материалы.
• Избежать повторения противоречий 2016 года вокруг «секретного совещания» по запуску проекта.
• Вести прозрачный диалог с обществом по социальным, правовым и этическим вопросам (SLEI).

На вопрос о потенциальных рисках синтетических хромосом представители указывали в основном на возможное неправомерное использование базовых технологий в будущем или высвобождение синтетических организмов с непредсказуемым воздействием на окружающую среду.

На данный момент GP-write не является крупным источником финансирования. Команды-участники должны сами находить средства. Ценность проекта — в организации и мотивации глобально распределенных исследователей вокруг конкретных амбициозных целей.