Больше полувека назад в медицинскую науку просто ворвалось понятие биоинженерии, которая трактовалась как синтез биологических знаний о живом организме и инженерных представлений о механизмах и машинах. Этому направлению прочили большое будущее, связывая с его появлением создание приборов нового поколения для диагностики сложных заболеваний или новых материалов, способных заменить живые ткани человека.
Биоинженерия
В 80-х годах ХХ столетия биологи заговорили о геноме человека. А в инженерном сообществе появились высокотехнологичные аналитические системы, способные помочь в его расшифровке. Этот симбиоз поднял биоинженерию на очередной уровень. Который позволил не только детально разобраться со строением конкретного гена человеческого организма, Но и проанализировать работу всех существующих генов. Так родилась на свет синтетическая биология, отвечающая самым смелым устремлениям человека. Ее целью стало проектирование и создание уникальных биологических систем, не встречающихся в природе. Прошло тридцать лет непрерывных поисков и открытий. И сегодня уже можно утверждать, что эта наука научилась творить настоящие чудеса! Например, добавлять к уже имеющимся свойствам живого организма новые, или корректировать прежние в нужном для человека направлении.
Реализуется это с помощью искусственно созданных бактерий. Способных не только к самостоятельному существованию, но и к воспроизводству организмов со строго заданными свойствами. Суть этого процесса заключается в том. Что стремясь вплотную подойти к разгадке возникновения жизни, ученые перестали разбирать живые клетки на составные части. Дабы найти первопричину всего сущего на Земле. А начали строить из уже знакомых и хорошо изученных атомов и молекул новые, более сложные жизнестойкие системы. Подобные биоконструкции способны стереть границы между живыми тканями и машинами. Создавая действительно программируемые организмы. Фантастика, не правда ли? Однако эта фантастика уже вошла в нашу жизнь.
Революционный прорыв произошел 20 мая 2010 года.
В этот день было объявлено о создании первой способной к размножению живой клетке на основе синтезированного генома. Автором искусственного живого организма стал Крэйг Вентер. Американский генетик и биолог. В общей сложности на исследования ушло более 15 лет. Но результат того стоил. Ведь у этого открытия огромный научный потенциал, сулящий человечеству решение самых масштабных задач. Таких как появление новых источников пищевого сырья, лекарств и вакцин. Победа над загрязнением окружающей среды, синтез чистой воды и многое другое.
С точки зрения синтетической биологии, возможность управлять процессами, происходящими в живом организме, ограничена лишь нашим воображением. Очень скоро генная инженерия станет чем-то не сложнее традиционной. А работа с живыми клетками будет так же обыденна, как с привычным компьютером. Требуется только научиться искусству сборки своеобразных пазлов из белков. С нужными свойствами и определиться со способом транспортировки этих конструкций в живую клетку. Получается, что синтетическая биология предлагает нам создать «склад» деталей и инструментов. Которые можно будет при необходимости вставлять в нужное место в цепи биохимических реакций, происходящих в клетке. В перспективе это сулит человечеству бессмертие…
Искусственно синтезированный инсулин
А знаете, что уже сегодня подарила нам всем эта наука? Она научила специальные бактерии синтезировать ценнейший медицинский препарат. Гормон инсулин, и тем самым спасла не одну человеческую жизнь! Ведь в инсулине нуждается практически треть населения планеты, страдающего от сахарного диабета. Вводить этот гормон нужно на постоянной основе. А его традиционное производство из поджелудочных желез убойного скота очень сложное и поэтому – дорогостоящее. Не каждому государству по карману. К тому же молекулы животного инсулина отличаются от молекул инсулина человеческого. Что естественным образом снижает их активность в организме людей.
Есть и еще один минус препарата для борьбы с диабетом, произведенного традиционным способом. Инсулин – это белок по своей природе. Иными словами это – антиген. На который в организме человека вырабатываются антитела. Эти антитела со временем могут накопиться в таком количестве, что попросту нейтрализуют очередную порцию инсулина. Инактивируют и сам гормон, и его лечебное действие. Можно, конечно, вводить в организм человека «противоядие», предотвращающее возможность инактивации инсулина. Но такое вещество само по себе не безвредно для нашего здоровья.
Еще недавно эти проблемы пытались решить с помощью химического синтеза инсулина. Но затея оказалась чрезмерно дорогостоящей и дальше эксперимента дело не пошло. Вот тут-то и пригодилась синтетическая биология. Ученые выделили ген, ответственный за синтез этого гормона. С помощью генной инженерии ввели этот ген в бактериальную клетку, которая в результате приобрела способность синтезировать инсулин человека, что называется, «в пробирке»!
Американские ученые пошли еще дальше.
Джон Марч, биогенетик Корнельского университета, вывел на новый уровень использование хорошо известных всем нам пробиотиков. Полезных микроорганизмов, на протяжении столетий употребляемых людьми в составе молочных продуктов. Он модифицировал непатогенный штамм кишечной палочки (Escherichia coli) таким образом, что обогащенный этими палочками йогурт скоро сможет заменить больным диабетом все инъекции инсулина. Суть действия инсулиновой палочки состоит в том, что она производит специальный белок. Который в организме здорового человека синтезируется самими клетками кишечника и выполняет функцию запуска процесса образования инсулина. Таким образом, не исключено, что очень скоро шприц с инсулином заменят модифицированные бактерии.
Биоинженерия и кризис антибиотиков
Наше безответственное отношение к антибиотикам привело к тому, что они практически перестали выполнять свою основную функцию. Убивать патогенные микробы, спасая человека. Вот тут-то на помощь людям снова приходит синтетическая биология. В пробирке выделяется ген, ответственный за синтез пенициллина. Его наделяют способностью продуцировать антибиотик с новыми заданными свойствами. Затем перемещают эту конструкцию в живую бактериальную клетку, начинающую продуцировать антибиотик нового поколения. Против которого бессильны устойчивые ко всем другим лекарственным препаратам патогенные микроорганизмы. Вот так подтверждается истина о том, что все гениальное просто! Но на этом чудеса не заканчиваются.
Биоинженерия в кардиологии
Ни для кого не секрет, что заболевания сердечно-сосудистой системы являются одной из основных причин преждевременной смерти человека. Предотвратить печальный конец во многих случаях способны операции, восстанавливающие нормальное кровоснабжение сердца с помощью стента – специального устройства, корректирующего просвет патологически суженных сосудов, питающих сердечную мышцу. До недавнего времени использовали только металлические стенты, которые часто вызывали осложнение в виде образования тромбов, так как являлись инородным телом в просвете сосуда. Стенты даже покрывали слоем лекарств, препятствующих тромбообразованию, но это не изменило ситуацию. На помощь вновь пришла синтетическая биология, создавшая стенты нового поколения из полилактида, биологического материала, который постепенно рассасывается в человеческом теле, а сосуд, в котором был установлен стент, через два года становится полностью здоровым. Кроме того, пациент может идти домой уже на следующий день после хирургического вмешательства. Согласитесь, что это замечательно!
В принципе, способность вводить новые гены в организм – дело не новое.
Уже сейчас в зоомагазинах можно купить рыбку данио рерио, которая светится розовым светом, потому что в геном этой рыбки введен один единственный ген медузы, который и заставляет клетки этой рыбы флюоресцировать. Но современная синтетическая биология в теории может позволить делать это с более предсказуемыми результатами. Например, совсем скоро ученые обещают создать такие бактерии, которые, будучи помещенными в костную ткань во время операций, связанных с переломом костей, смогут замещать утраченные костные отломки путем выработки костной ткани в нужном количестве и в заданном месте. Таким образом, остеосинтез приобретет совершенно иной смысл, металлоконструкции канут в лету, освободив человека от всевозможных послеоперационных осложнений типа остеомиелита или тромбообразования.
Вот такая это наука – синтетическая биология! Нам остается только ждать очередных открытий в этой сфере и надеяться на то, что они принесут новые блага человечеству.
