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Game of God: Organismes artificiels

Quelque chose comme un teaser. Les xénomorphes existent. Les scientifiques créent des xénomorphes. Les scientifiques créent des xénomorphes pour des raisons de sécurité. Je suis moi-même choqué. Sous la coupe, plus à ce sujet (et cela, soit dit en passant, est officiellement officiellement appelé xénobiologie) et bien plus que ce que font les biologistes modernes. Pas tout ce que vous devez lire sur COVID-19!

Ceci est la première partie d'un texte basé sur un épisode de podcast sur les organismes artificiels.



Publié par Malcolm Lightbody

Ceci est l'un des épisodes de mon podcast. Un article basé sur l'épisode de burnout est disponible ici .

Nous avons parlé avec Masha Shutova du fonds de capital-risque 4biocapital , Inna Zucher d'Oxford et Sergey Nurk du National Human Genome Research Institute.

Qu'il y ait bioluminescence


Dans le contexte des organismes artificiels, les objets lumineux sont la première chose qui vient à l'esprit d'un amateur. Je me souviens immédiatement des souris vertes lumineuses ou de la startup qui crée des plantes d'intérieur luminescentes. Quiconque, pour la première fois de sa vie, entend parler de cactus lumineux, de souris et de porcs, commence immédiatement à tourmenter la question: «Pourquoi les scientifiques font-ils cela?»


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L'un des exemples les plus brillants des avantages de ce type de recherche est une belle découverte qui éclaire (dans tous les sens du terme) la détection et le traitement du cancer colorectal. Les scientifiques ont publiédans les cellules intestinales, une construction génétique qui se composait de quatre gènes connectés séquentiellement les uns aux autres, brillant de différentes couleurs. De plus, ces gènes ont été mélangés dans un ordre aléatoire et à la sortie, nous avions un certain nombre de cellules brillantes de différentes couleurs. Puis ils leur ont donné de grandir et leurs "enfants" ont hérité de la couleur correspondante. Le résultat a été une très belle image qui montre où les «parents» sont des cellules et où les «enfants» sont des cellules. En utilisant cette méthode, il est possible de montrer à partir de quelles cellules le cancer se produit avec une forte probabilité.

En parlant de souris vertes, il y a un fait intéressant. Maintenant, il y a beaucoup de fleurs avec lesquelles vous pouvez "mettre en valeur" les protéines, mais l'une des premières est les écureuils verts de méduses. L'idée de les utiliser pour un tel "point culminant" a été brevetéeen Russie, afin qu'ils puissent être considérés comme notre fierté nationale.


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En 2006, des porcelets verts lumineux ont été élevés à l'Université nationale de Taïwan, en introduisant un gène de ces protéines dans la chaîne d'ADN d'un embryon et en l'implantant dans l'utérus d'une femelle porcine. A cette époque, des cochons verts existaient déjà, mais seule une fluorescence partielle y était observée. Les animaux obtenus après l'expérience sous la direction du professeur Wu Shin-ji sont devenus les seuls porcs au monde dont le cœur vert et les organes internes étaient verts. Comme dans le premier cas, ces expériences sont considérées par les scientifiques comme la possibilité d'une observation visuelle du développement tissulaire lors de la transplantation de cellules souches.


Cochons rougeoyants sur le fond d'un cochon ordinaire

La capacité de surveiller visuellement ce qui se passe avec les cellules d'un certain type est encore activement utilisée par les chercheurs qui étudient la régénération. Par exemple, un scientifique scie les nageoires de quelques malheureux poissons, puis observe comment ces nageoires repoussent. Pour de telles études, les protéines fluorescentes sont utilisées très activement. Le génome du poisson est modifié de sorte que la protéine lumineuse vous permet de suivre comment la propagation des cellules d'un certain type se produit sur la nageoire restaurée.

Vous pouvez également réaliser des biocapteurs à base de ces protéines lumineuses: insérez-les dans la bactérie, et faites-lui commencer à exprimer la protéine en échange d'un certain stimulus externe. Un bel exemple de l'application de cette technologie - recherchequi essaient de fabriquer un biocapteur pour détecter les produits de décomposition des explosifs. Ainsi, par exemple, vous pouvez détecter les mines qui n'ont pas encore été déminées.

Au début, il y avait un mot, et le mot venait de nucléotides


Passons des organismes artificiels que l'on voit à l'œil nu à des organismes artificiels qui ne se remarquent pas à l'œil nu, mais qui n'en sont pas moins utiles. Par exemple, dans la biologie cellulaire et, en particulier, dans la thérapie cellulaire du futur, il y a une direction distincte: vous pouvez non seulement remplacer certaines cellules qui manquent au corps, mais aussi faire en sorte que ces cellules produisent quelque chose d'important et d'intéressant pour nous. Par exemple, la même insuline. Il y a maintenant beaucoup d'études dans ce sens, mais jusqu'à présent, aucune d'entre elles n'atteint sa conclusion logique. Cependant, des idées comme «créons des cellules qui libèrent de l'insuline en réponse au glucose et aident ainsi les personnes atteintes de diabète de type 1» sonnent régulièrement.

En général, il existe maintenant toute une ligne de recherche distincte liée à la création de micro-organismes artificiels. Il y a une telle personne Craig Venter, il a une institution, respectivement, Craig Venter. Depuis vingt ans, les scientifiques de cet institut tentent de créer une bactérie avec un ensemble minimal de gènes. Ils ont pris une bactérie appelée mycoplasme. Il s’agit d’une bactérie parasite, qui au départ ne possède pas beaucoup de gènes, environ un millier. A titre de comparaison: E. coli en compte près de cinq mille. Ils ont donc pris un type de mycoplasme, en ont retiré l'ADN et y ont placé le chromosome artificiellement synthétisé d'un autre type de mycoplasme. Ainsi, il a été démontré que l'on peut en fabriquer un autre à partir d'un mycoplasme. C'était leur organisme synthétique numéro un . Les colonies de cet organisme numéro un



Cet organisme synthétique numéro un résultant avait encore en quelque sorte trop de gènes. Les chercheurs ont donc décidé de supprimer tout ce qui n'était pas nécessaire. Au début, ils ont décidé de s'asseoir et de découvrir ce qui était «vital» et ce qui pouvait être jeté. Nous avons essayé d'être dans le rôle d'un créateur de vie rationnel. Essayé, essayé, mais ils n’ont pas réussi. Craig Venter a été terriblement surpris, mais a admis que l'état de la science moderne n'est pas assez progressiste pour simplement s'asseoir et créer quelque chose de vivant à partir de zéro. Après cela, ils ont abandonné l'idée d'une création de vie aussi «raisonnable» et sont allés dans l'autre sens. Nous avons décidé d'obtenir un organisme avec un ensemble minimal de gènes par dénombrement. Conception d' expériences au Venter Institute



Venter et ses camarades ont décidé d'obtenir un organisme avec un ensemble minimal de gènes par la force brute. Ils ont pris ces neuf cents gènes de leur corps numéro un, ont commencé à les assembler en petits faisceaux, à les pousser dans des bactéries et à voir de quels gènes les bactéries meurent. Après quelques opérations, après avoir testé des centaines de combinaisons, ils ont pu créer un organisme dans lequel il y avait environ quatre cents gènes. C'était en effet un organisme vivant, diviseur, colonisateur, dans lequel il y a moins de gènes que dans tout organisme naturel. Bien qu'il faut comprendre ici qu'il s'agit d'une bactérie parasite très simple, elle ne vit pas librement. Un organisme artificiel avec un ensemble minimal de gènes, capable de division, alias l'organisme numéro trois



Par commodité, cet organisme minimal résultant a été appelé organisme numéro trois, car l'organisme numéro deux était une sorte de stade intermédiaire. En fait, l'environnement naturel ou «nature» est un mécanisme de force brute, qui se résume au fait que les mourants - meurent et les survivants - se divisent et se multiplient. Donc, la manière la plus fiable d'expérimenter avec des organismes synthétiques se résume maintenant au fait que le scientifique nourrit quelque chose de la nature, lui donne de la variété, puis elle sélectionne ce qui fonctionne.

De la même manière, ils expérimentent non seulement avec des bactéries, mais aussi, par exemple, avec des virus. Il existe des virus adéno-associés qui sont très activement utilisés pour administrer une thérapie génétique. Il existe de nombreux virus adéno-associés dans la nature, mais l'une des propriétés importantes pour la thérapie est l'endroit où ils pénètrent dans le corps humain. Il y a des virus qui «se bloquent» dans le foie, il y a ceux qui peuvent passer la barrière hémato-encéphalique et entrer dans le cerveau, et il y a ceux qui se déposent dans les poumons. Il s'agit d'un paramètre important, car il permet aux scientifiques et aux médecins de cibler davantage la thérapie.

Visible temporairement et invisible pour toujours


D'une part, la réalisation même que nous pouvons maintenant synthétiser facilement le génome de presque n'importe quel micro-organisme à partir de zéro devrait être quelque peu effrayante. Par exemple, le génome de l'agent causal de l'anthrax, en principe, est dans le domaine public. Dans le même temps, étant donné que nous sommes en mesure de bien conserver l'ADN dans sa forme d'origine pendant longtemps, en principe, en restaurant la séquence, vous ne pouvez pas être pressé: l'essentiel est de geler suffisamment d'ADN.

En revanche, la biologie synthétique ouvre de nouvelles possibilités pour la restauration d'espèces disparues. Par exemple, George Church et son groupe tentent de créer un nouveau mammouthd'un éléphant, mutant les sections correspondantes de l'ADN. Hwang Woo Suk, un scientifique coréen avec une réputation extrêmement controversée, a travaillé avec des scientifiques de Yakoutie et a essayé de recréer un mammouth directement à partir de résidus d'ADN. Il y a même un documentaire à ce sujet . À travers la planète, il existe des projets pour restaurer la mégafaune du Pléistocène . Il existe un tel parc du Pléistocène en Russie. De tels parcs attendent le mammouth à bras ouverts, ils disent: "Donnez enfin le mammouth!" Cadre du documentaire Genesis 2.0



Dans le contexte du développement des capacités de la biologie moderne, la lutte pour la conservation des espèces se transforme également. Toute une direction (biologie de la conservation) est apparue, dans laquelle les scientifiques luttent pour qu'une sauvegarde génétique apparaisse dans les espèces menacées. Il existe un certain nombre de projets de séquençage de la séquence du génome pour des espèces en voie d'extinction et sur le point de quitter notre planète.

À son image


Il existe un ensemble standard de ribonucléotides et de désoxyribonucléotides qui code pour tous les êtres vivants dans la nature. Cependant, il n'est pas nécessaire de s'y limiter . Si les scientifiques utilisent un ensemble alternatif de nucléotides et en créent un organisme artificiel, alors cette chose ne peut pas être obtenue de manière naturelle à coup sûr. Cette ligne de recherche s'appelle la xénobiologie. La source. «En quatre milliards d'années, un nouvel arbre de xénobiologie fleurit en Éden.»



Il est important de comprendre qu'il ne s'agit pas uniquement d'un intérêt inactif. La xénobiologie a plusieurs utilisations importantes et très compréhensibles. Par exemple, si nous créons un organisme si étrange qui utilise un ensemble différent de nucléotides dans son ADN, cet organisme, par exemple, n'est pas exposé aux virus naturels. D'un autre côté, le danger disparaît que des parties de ces organismes artificiels puissent en quelque sorte pénétrer dans d'autres cellules vivant autour de nous. Autrement dit, ces "xénomorphes" ne seront pas en mesure d'affecter négativement l'environnement.

Jusqu'à présent, il n'a pas été possible de créer de tels organismes artificiels, mais des expériences sont en cours dans ce sens, et il n'y a pas de restrictions insurmontables. Il y a vingt acides aminés dans la nature, et chaque acide aminé est codé par un ensemble de trois lettres. Il n'y a que soixante-quatre combinaisons, mais tout le monde est occupé, et chaque combinaison signifie quelque chose dans une cellule vivante. Si nous ajoutons quelques lettres de plus à ces quatre lettres, le code génétique se développe considérablement. Nous obtenons de nombreux nouveaux codons qui peuvent permettre, par exemple, d'ajouter toutes sortes d'acides aminés inhabituels aux protéines. Certes, pour ajouter ces nucléotides supplémentaires, il faut non seulement apprendre à la bactérie à synthétiser ces nucléotides et insérer tout cela dans l'ADN. Il est également nécessaire d'ajouter la machinerie de synthèse des protéines, qui reconnaîtra ces codons, et apportera pas mal d'autres changements.Jusqu'à présent, les scientifiques commencent seulement à travailler dans cette direction, mais les perspectives ne semblent limitées ici que par l'imagination du chercheur.

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