Проблеми тисячоліття біології: дванадцять конкретних цілей для дослідників

Edison Scientific і FutureHouse опублікували робочий каталог із дванадцяти відкритих проблем біології — конкретних і перевірюваних цілей для галузі. Перелік об’єднує давні питання: від виникнення життя в лабораторії до регенерації кінцівок у дорослих ссавців, і для кожної проблеми вказано, які саме вимірювання вважатимуться розв’язком. На сторінці вказані Sam Rodriques і Michaela Hinks.

Від первісного бульйону до заморожених мишей

Перша проблема вимагає неасистованого виникнення самовідтворюваних клітин на основі РНК і білків із правдоподібного первісного бульйону та з правдоподібним джерелом енергії. Клітиною може бути будь-який компартмент із визначеною межею, але вона має збільшити свою чисельність щонайменше в 10⁶ разів — приблизно двадцять поколінь, — а поділ має бути здатним продовжуватися необмежено. Зберігання спадкової інформації у вигляді нуклеїнових кислот чи поліпептидів дуже бажане.

Друга проблема — кріоконсервація: оборотне збереження живих, неушкоджених дорослих мишей дикого типу в замороженому або вітрифікованому стані всього тіла. Тварини мають залишатися замороженими щонайменше 24 години, відновлюватися з життєздатністю понад 99% і без постійного ушкодження органів. Соматична генна інженерія не заохочується, але дозволена, а всі експерименти потребують схвалення з етики. Далі в списку — регенерація ампутованих кінцівок у дорослих мишей дикого типу, з руховими та сенсорними функціями, не відрізнюваними від контролю.

Молекулярні інструменти та переписані коди

Кілька проблем стосуються клітинної машинерії. «Зворотна транскриптаза» має зчитувати поліпептид без міток і синтезувати ланцюг нуклеїнової кислоти, що кодує його послідовність, із точністю щонайменше 90% на 100 попередньо зареєстрованих пептидах. «Квадруплетна клітина» кодувала б кожен білок, зокрема власний апарат трансляції, чотирилітерними кодонами. Серед інших цілей — Rubisco, чия специфічність до вуглекислого газу перевищує показник Galdieria partita, а швидкість обертання відповідає кукурудзі; повний набір полімераз 3′→5′ і нітрогеназа без гомології до відомих родин.

Каталог сягає й медицини: виробництво інфекційних AAV і лентівірусів у бактеріях, дизайн протеаз, що розрізають засліплену (blinded) ділянку у згорнутому ендогенному білку, та білкові зв’язувальні молекули, які проникають у клітину й діють на внутрішньоклітинні цілі за фармакологічних концентрацій. Ампліфікація білків і програмовані протеази належать до проблем, де визнається частковий успіх.

Чому це важливо

Кожен пункт сам визначає критерії успіху, дедлайни та правила перевірки: дизайн має бути готовий протягом 24 годин після реєстрації цілей, скринінг і цільова еволюція заборонені, а результати регенерації оцінюють засліплені спостерігачі. Кілька проблем приймають слабші версії як частковий успіх. Результат — радше еталон, ніж список побажань: спосіб запитати, що біологію справді можна змусити робити.