Создание жизни в лаборатории — это не просто сюжет для научной фантастики, а активно развивающаяся область современной науки. Ведущий программы StarTalk Нил Деграсс Тайсон и соведущий Мэтт Киршен обсудили с профессором Керстин Гёпфрих (Центр молекулярной биологии Гейдельберга) возможности синтетической биологии, «РНК-оригами» и то, как создание искусственных клеток помогает понять наше собственное происхождение.
🧬 Что такое жизнь: от Дарвина до открытых систем 5:05
Вопрос о том, что именно считать живым, до сих пор не имеет однозначного научного консенсуса. Однако в области синтетической биологии «снизу вверх» (bottom-up synthetic biology) принято использовать рабочее определение, предложенное NASA: жизнь — это «самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции» .
Керстин Гёпфрих уточняет, что её группа стремится к созданию систем, способных к «открытой эволюции» (open-ended evolution).
- Дарвиновская進化 обычно подразумевает изменения ради выживания.
- Открытая эволюция позволяет системе бесконечно наращивать сложность и осваивать новые функции, которые могут не иметь прямого отношения к немедленному выживанию в узкой нише .
Одним из ключевых условий эволюции Гёпфрих называет смерть. По её словам, введение механизмов гибели в синтетические популяции критически важно: без этого наступит бесконтрольный экспоненциальный рост, который быстро исчерпает все ресурсы среды . Гёпфрих отмечает, что их цель — поймать момент перехода «от материи к жизни», создав системы гораздо проще, чем любая существующая на Земле клетка .
⚡ Наследие Миллера — Юри и современный подход 8:55
Обсуждая истоки биохимии, участники вспомнили знаменитый эксперимент Миллера — Юри (проведенный в 1950-х годах). Стэнли Миллер и Гарольд Юри воссоздали условия ранней Земли, пропуская электрические разряды (аналог молний) через смесь простых газов .
Результаты эксперимента показали:
- Органические молекулы (аминокислоты) могут синтезироваться абиотическим путем .
- Для запуска процесса необходим внешний источник энергии .
Гёпфрих подчеркивает, что её работа начинается там, где закончился классический эксперимент. Вместо того чтобы ждать случайного появления белков, её команда использует «РНК-нанотехнологии» как конструктор для сборки молекулярных машин .
📂 RNA Origami: программирование биологии 16:00
Центральным инструментом в лаборатории Гёпфрих является RNA nanotechnology (РНК-нанотехнологии) и метод РНК-оригами. Учёные проектируют 3D-структуры на компьютере, а затем синтезируют соответствующие гены ДНК . При считывании этой ДНК образуется цепочка РНК, которая сама сворачивается в заданную форму.
Основные задачи РНК-оригами:
- Создание цитоскелета: имитация внутреннего «каркаса» клетки для изменения формы мембраны .
- Формирование нанопор: создание отверстий в липидной оболочке для питания клетки.
- Упрощение системы: современная биология работает по схеме «ДНК -> РНК -> Белок», что требует участия минимум 150 генов только для синтеза белка . Гёпфрих предлагает убрать белки из этой цепочки, возложив все функции на РНК.
Это позволяет создать «биологию 2.0» — систему, которая намного проще земной жизни, но уже способна к самовоспроизведению и мутациям .
👽 Жизнь на других планетах и загадка «хиральности» 23:54
Нил Деграсс Тайсон поднял вопрос о неизбежности земного пути развития жизни. По мнению Гёпфрих, эволюционный ландшафт огромен, и мы видим лишь крошечную его часть . Она считает, что если бы история Земли прокрутилась заново, результат мог бы быть совершенно иным.
Интересные факты о биохимии космоса:
- Кремний vs Углерод: Кремний, как и углерод, может образовывать четыре связи, но углерод в пять раз более распространен во Вселенной и гораздо более универсален в химии .
- Проблема зеркальности (хиральности): Почти вся жизнь на Земле «левосторонняя» в плане строения молекул. Эксперимент Миллера-Юри давал смесь 50/50 («рацемическую смесь»), но природа сделала выбор в пользу одной стороны .
Гёпфрих отмечает, что теоретически жизнь могла бы быть «правосторонней», но мы не находим следов такой жизни на Земле. Это наводит на мысль, что либо один тип победил в конкуренции, либо выбор был случайным на самом раннем этапе.
⚖️ Этика и практическое применение 35:45
Отвечая на вопросы об этике и опасности «восстания синтетических существ», Гёпфрих успокаивает: создаваемые ею клетки крайне хрупки и требуют лабораторного ухода. Они не способны выжить в дикой природе, в отличие от природных бактерий, обладающих миллиардами лет опыта выживания .
Однако создание жизни «с нуля» имеет колоссальное практическое значение:
- Медицина: РНК-терапия (как в случае с вакцинами) — это рынок объемом 30 млрд долларов . РНК-наноструктуры могут быть стабильнее обычных мРНК-вакцин и храниться при комнатной температуре .
- Производство: Создание систем, способных улавливать CO2 или очищать воду по заданным алгоритмам эволюции .
В завершение Керстин Гёпфрих подчеркивает, что её движет базовое человеческое любопытство: «Вопросы, на которые родители не могли ответить в детстве — что такое жизнь и почему она здесь?» .
