Пока в Роквилле разыгрывался этот эксперимент, я находился в нашем таунхаусе в Александрии, в Виргинии, так что я был в той же временной зоне, что и Дэн. Мы скоро обменялись серией сообщений. Дэн снова написал: «Пока что появились одна или две голубых колонии с пересаженным полным синтетическим геномом! Еще рано точно подсчитывать количество трансплантатов, но я уверен, что это число возрастет. Мы посмотрим сегодня попозже и сделаем окончательный подсчет завтра». Нам надо было подтвердить, что голубая колония содержит только синтетическую ДНК. Я сказал Дэну, что буду в институте к десяти утра, и спросил, через сколько времени будут результаты первой проверки.
Я прихватил свою видеокамеру и пару бутылок шампанского и направился в Роквилль по мемориальной автостраде Джорджа Вашингтона. Сразу по прибытии я кинулся прямо в лабораторию, где встретил Дэна, сияющего и уже окруженного остальной командой. После нескольких теплых рукопожатий Дэн провел меня к инкубатору и вытащил чашку с культурой, чтобы показать мне первую голубую колонию. Мы сделали несколько снимков ее и осторожно убрали обратно в инкубатор то, что очень походило на первую жизненную форму с полностью синтетическим геномом.
Позже в тот день я получил первое подтверждение, что чашка с культурой содержит синтетический геном: «Поздравляем! Это официально. Вы гордый отец синтетической клетки mycoides!» Я собрал всю команду в актовом зале в Роквилле и передал наше видео остальной команде синтетического генома в Ла-Хойе. (Я удостоверился, что у команды в Ла-Хойе тоже достаточно шампанского на льду.) Хотя окончательная проверка результатов должна была занять еще несколько дней, мы все радостно подняли тост за наш очевидный успех.
Первое подтверждение поступило от Дэна в 7:45 утра вторника: «Хорошие новости. Все четыре последовательности – „водяных знака“ обнаружены на мультиплексном ПЦР в единственной колонии с пересаженным синтетическим геномом. В диком типе и негативном контроле M. capricolum, который не образовал колоний, „водяные знаки“ не обнаружены». Во вторник 1 апреля Дэн прислал результаты второго раунда экспериментов: «Полный синтетический геном опять трансплантировался. На этот раз он дал множество колоний! Вдобавок второй клон с синтетическим геномом тоже дал много колоний. Пойду отнесу шарик с надписью „С днем рождения!“ в рабочее помещение».
Прямо на следующий день мы получили еще более надежное подтверждение того, что новыми клетками управляет только синтетический геном: «Крутые новости! Трансплантат производит ожидаемые фрагменты, когда его режут рестриктазы AscI и BssHII». (Участки, которые вырезались этими рестриктазами, были добавлены к трем из четырех «водяных знаков».) 21 апреля мы получили результаты секвенирования ДНК живых синтетических клеток, и места сомнению больше не осталось: клетки управлялись только тем геномом, который мы спроектировали и синтезировали. Секвенирование показало, что в нашем геноме 1 077 947 пар оснований, точно как проектировали, включая 19 ожидаемых отличий от природного генома, а также четыре «водяных знака» – решающее доказательство того, что ДНК синтетическая. Точно, как мы и ожидали, выпадение одной буквы из более чем миллиона пар оснований ДНК предрешало выбор между жизнью и ее отсутствием. Я не могу придумать более яркую иллюстрацию той центральной роли, которую играет в жизни информация.
Мы вложили значительный труд в проектирование наших «водяных знаков», чтобы гарантировать, что мы можем надежно зашифровывать сложные сообщения в последовательности ДНК. В первом синтетическом геноме мы использовали однобуквенное обозначение аминокислот, кодируемых триплетными кодонами, чтобы зашифровать буквы английского алфавита. Например, триплет АТГ кодирует аминокислоту метионин, которую обозначают буквой М. Но поскольку букв в английском алфавите 26, а аминокислот всего 20, мы придумали более полную систему, которая позволяла нам закодировать весь алфавит вместе со знаками препинания, цифрами и популярными символами. (Строке ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[абзац][пробел]0123456789#@)(–+\=/:<;>$&}{*]” [%!’., соответствовала последовательность TAГ, AГT, TTT, ATT, TAA, ГГЦ, TAЦ, TЦA, ЦTГ, ГTT, ГЦA, AAЦ, ЦAA, TГЦ, ЦГT, AЦA, TTA, ЦTA, ГЦT, TГA, TЦЦ, TTГ, ГTЦ, ГГT, ЦAT, TГГ, ГГГ, ATA, TЦT, ЦTT, AЦT, AAT, AГA, ГЦГ, ГЦЦ, TAT, ЦГЦ, ГTA, TTЦ, TЦГ, ЦЦГ, ГAЦ, ЦЦЦ, ЦЦT, ЦTЦ, ЦЦA, ЦAЦ, ЦAГ, ЦГГ, TГT, AГЦ, ATЦ, AЦЦ, AAГ, AAA, ATГ, AГГ, ГГA, AЦГ, ГAT, ГAГ, ГAA, ЦГA, ГTГ.) Этот код был ключом к расшифровке «водяных знаков». В первый из них входили слова «J. Craig Venter Institute» и «Synthetic Genomics Inc.», имена нескольких ученых и послание: «Подтвердите, что вы расшифровали этот „водяной знак“, послав нам имейл (по адресу: MROQSTIZ@JCVI.org)». Первый живой самовоспроизводящийся вид, имевший в качестве родителя компьютер, должен был получить свой электронный адрес.
В нашем первом синтетическом геноме мы были ограничены в создании сколько-нибудь содержательных сообщений аминокислотным кодом; теперь же, с новым кодом, я хотел отметить исторический момент включением каких-нибудь подходящих литературных цитат. Я нашел три, которые счел и значительными, и применимыми к первой синтетической форме жизни. Первая цитата должна находиться во втором «водяном знаке»: «Жить, заблуждаться, падать, торжествовать, воссоздавать жизнь из жизни». Это, конечно, из «Портрета художника в юности» Джеймса Джойса. Третий «водяной знак» включал, помимо нескольких имен ученых, вторую цитату: «Видеть вещи не такими, каковы они есть, а такими, какими могли бы быть», приписываемую первым учителям одного из физиков «Проекта Манхэттен» Роберта Оппенгеймера и приведенную в его биографии «Американский Прометей». Четвертый «водяной знак» содержал имена остальных 46 ученых и цитату из знаменитого физика, нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана: «То, что я не могу создать, я не могу понять».
Мы совершили то, что почти пятнадцать лет назад было лишь дерзкой мечтой, и прошли по полному кругу. Начав с ДНК из клеток, мы научились точно читать последовательность ДНК. Мы успешно оцифровали биологию, превращая четырехбуквенный химический код (А, Т, Ц, Г) в двоичный электронный код компьютера (1 и 0). Теперь мы успешно прошли в обратном направлении, начав с компьютера и сотворив заново реальную молекулу ДНК, а потом в свою очередь создав живые клетки, которые, в отличие от всех, существовавших прежде, не имели естественной истории.
Исходное предположение (разделяемое по крайней мере большинством молекулярных биологов) состояло в том, что ДНК и геном, представленные последовательностью букв в компьютере, и есть информационная система жизни. Теперь мы замкнули петлю: начав с цифровой информации в компьютере и используя только ее, химически синтезировали и собрали воедино бактериальный геном, который был пересажен в клетку-реципиент, в результате чего получилась новая клетка, управляемая лишь синтетическим геномом. Мы назвали нашу новую клетку M. mycoides JCVI-syn 1.0 и стали готовить результаты к публикации.
9 апреля 2010 года я представил нашу рукопись с двадцатью четырьмя соавторами в Science. Мы известили Белый дом, членов Конгресса и представителей нескольких правительственных агентств до того, как статья была принята к публикации в следующем месяце, 13 мая.
В день ее выхода онлайн, 20 мая 2010 года (в бумаге статья вышла 2 июля){158}, СМИ со всего мира собрались в Вашингтоне на нашу пресс-конференцию. Вместе с редакторами из Science мы объявили о первом работающем синтетическом геноме. Хэм Смит объяснил собравшимся, что теперь у нас есть средства для вскрытия инструкций к клетке, позволяющие установить, как она на самом деле работает. Мы также обсудили событие с более широкой точки зрения – а именно, что знания, полученные при выполнении этой работы, в один прекрасный день, несомненно, принесут пользу обществу, воплотившись во множество важных применений и продуктов, в том числе биотопливо, фармацевтику, чистую воду и пищевые продукты. Когда мы говорили об этом, мы на самом деле уже начали работать над способами получения вакцин и создания синтетических водорослей для превращения углекислого газа в горючее.
Глава 9. Внутри синтетической клетки
Первый столп жизни – это Программа. Под Программой я подразумеваю некий организованный план, который описывает как ингредиенты, так и кинетику взаимодействий между ингредиентами в то время, пока живая система существует.
Определения важны в науке. Но иногда бывает почти так же важно не слишком ими увлекаться, особенно когда вы отваживаетесь на что-то новое, потому что они могут быть лишь сбивать вас с толку, мешая вам думать и делать. Они могут стать ловушкой, как это случилось в первой половине ХХ века, когда ученые были уверены, что генетический материал – это белки. Ричард Фейнман сформулировал знаменитое предупреждение об опасности попыток дать чему-либо абсолютно точное определение: «Мы впадаем в тот паралич мысли, который находит на философов… когда один говорит: „Вы сами не знаете, о чем говорите“; а второй отвечает: „А что такое «знать»? Что такое «говорить»? Что такое «вы», наконец?“ Ну и так до бесконечности. Так что для пользы дела лучше сначала условиться, что мы будем говорить хотя бы приблизительно об одних и тех же вещах»{160}.
Когда мы раскрыли детали первого синтетического организма в нашей публикации в Science, мы определили, что мы сделали и как мы это сделали. Мы придали терминам «синтетическая жизнь» и «синтетические клетки» достаточно ограниченный смысл: клетки, полностью управляемые только хромосомой из синтетической ДНК. Синтетический геном был программой, которая определяла структуру и функции каждого белкового робота в клетке и тем самым – все ее функции. Но общественный отклик на наше публичное заявление и научную публикацию показал, что некоторым очень трудно принять представление о жизни как информационной системе.