Эволюция не закончилась: синтетическая биология предвидит следующие шаги природы
Некоторые биологические процессы настолько тесно связаны с жизнью, которая нам известна, что можно было бы решить, что все ключевые события в области биохимии уже произошли. Такие процессы, как фотосинтез и гликолиз, существуют на протяжении тысячелетий и имеют важное значение для выживания многочисленных видов. Но Земля находится лишь на полпути своей пригодной для жизни фазы, от 1,75 до 3,25 миллиарда лет истории эволюции еще ждет нас впереди.
И значит, весьма вероятно, что в основе метаболической химии произойдут коренные изменения, появятся новые процессы, прежде чем Земля перестанет поддерживать жизнь. Так считает Джоди Брюстер из Университета Огайо в Новой Зеландии, опубликовавшая статью в журнале Royal Society Biology Letters, и ее коллеги.
На что будут похожи эти процессы, это еще предстоит выяснить, но Брюстер говорит, что зарождающаяся область синтетической биологии может указать нам в направлении эволюционного будущего. Позволяя ученым возиться с генетическим кодом в самом сердце живого, синтетическая биология могла бы ускорить и наш собственный прогресс в приобретении революционных новшеств.
Синтетическая биология — это, если кратко, применение инженерных принципов к фундаментальным молекулярным компонентам биологии. Ключ к этому процессу — способность создавать генетические схемы, которые перепрограммируют организмы, заставляя их делать такие вещи, как, например, производство биотоплива или прекурсоров для фармацевтических препаратов. Правда, выгодно ли это коммерчески, это совсем другой вопрос.
Джим Коллинз из MIT, один из основателей синтетической биологии, сравнивает ее с внедрением инженерии в генную инженерию. Практически возвести в квадрат.
Вместе с введением совершенно новых процессов в клетки, синтетические биологи работают над улучшением и тех, которые уже в них протекают. Несмотря на миллионы лет эволюции, некоторые аспекты фотосинтеза «остаются крайне неэффективными», пишет Брюстер. Улучшенный фотосинтез может оказать огромное влияние на продуктивность сельского хозяйства.
Некоторые ученые попытались применить более эффективные подходы к фотосинтезу на примере простых организмов.
Цианобактерии добились более высокой эффективности за счет концентрации CO2 в органеллах под названием карбоксисомы, которые заполнены ферментом РуБиСКо (рибулозобисфосфаткарбоксилаза), необходимым для фиксации углерода. Группа из Корнелльского университета создала растения табака, которые экспрессируют цианобактериальный РуБиСКо в кабоксисомо-подобных структурах внутри хлоропластов растений, повышая скорость фиксации в них углерода. Израильская команда пошла еще дальше, объединив существующие метаболические строительные блоки из различных организмов и разработав множество синтетических путей фиксации углерода, некоторые из которых превзошли природные.
Гликолиз — метаболический процесс, высвобождающий энергию из глюкозы — крайне неэффективен. Многие варианты этого процесса включают этап, в котором только четыре атома углерода из шести в сахаре находят хорошее применение, а два других теряются в виде CO2. Это побудило команду из Калифорнийского университета разработать синтетический процесс, неокислительный гликолиз, который находит всем шести атомам углерода хорошее применение.
