Современная синтетическая геномика одновременно сочетает в себе передовые методики химического синтеза ДНК с использованием огромных вычислительных мощностей для проектирования новых последовательностей нуклеотидов. Такой подход позволяет ученым создавать уникальный генетический материал, который невозможно получить, используя обычные методы биотехнологии. По прогнозам экспертов в ближайшие пять лет индустрию синтетической геномики ждет стабильный рост. Очень скоро это может сказаться на облике всего человечества.

Методика искусственного получения молекул ДНК была описана еще в 1979 году в работе лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине Хара Гобинда Кораны. Фактически, это обеспечило создание нового подхода в генетической инженерии. Однако на первых этапах технология была очень сложной и дорогостоящей. Да и максимальная возможная длина получаемых нуклеотидных цепочек не превышала в то время 200 молекул. Потребовалось более 20 лет напряженной работы ведущих научных коллективов из разных стран для того, чтобы развить это направление до той степени, что искусственное синтезирование участков ДНК смогло практически вытеснить операцию клонирования в большинстве проводимых экспериментов.

Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1968 года Хар Гобинд Корана ведет работы по синтезу первой искусственной молекулы ДНК в своей лаборатории

Отправной точкой зарождения отрасли синтетической геномики можно считать 1999 год, когда несколько крупных корпораций начали на коммерческой основе производить искусственно полученные участки ДНК. Появившиеся новые компании, такие как Entelechon и Geneart, в большей степени удовлетворяли запросы конечных потребителей. Созданные предприятия вкладывали средства в перспективные исследования в этой области, производили закупки самого современного оборудования.

Таким образом, вскоре синтез генов на заказ стал гораздо более доступным, и впоследствии только стимулировал развитие спроса. Одновременно привлекались новые инвестиции и в научные изыскания. Несмотря на то, что скачкообразного роста в ближайшем будущем пока не предвидится, стабильный рост области синтетической геномики будет наблюдаться в течение еще не менее пяти лет.

«Сегодня уже практически не существует технического барьера для синтезирования искусственных растений и животных по заранее известным генетическим программам. Это произойдет, как только, кто-нибудь будет готов достаточно заплатить за это». Дрю Энди профессор биоинженерии Стэнфордского университета

С момента своего зарождения в конце 1990-х годов индустрия синтетической геномики стремительно развивалась. Однако вначале основной упор делался прежде всего на повышение качества производства. Так, первые несколько лет стоимость получения одного нуклеотида в составе ДНК последовательности равнялась в среднем €5. По мере совершенствования технологии синтеза не менее важна стала и себестоимость продукции.

Примечательно, что в период с 2002 по 2005 годы цена в среднем снижалась на 20% каждый год. После 2005 года удешевление уже не было столь резким, но по-прежнему составляло порядка 10% в год. В настоящее время стоимость получение нуклеотида цепочки ДНК составляют в среднем около €1, но этот показатель может существенно варьироваться в пределах ± 50% в зависимости от типа синтезируемых молекул. Значительное снижение цен в индустрии синтетической геномики сделало исследования в области генной инженерии доступными для широкого круга ученых. Данное обстоятельство послужило одним из ключевых факторов удвоения бюджета НИОКР в области биотехнологий в США в период с 1999 по 2008 годы. По прогнозам экспертов за ближайшие пять лет стоимость получения одного нуклеотида должна достигнуть значения €0.3–0.5 при сохранении темпов развития индустрии синтетической геномики.

«Технология синтезирования искусственных генов позволила сократить временные затраты на выделение и внедрение ДНК последовательностей при создании совершенно новых и проектировании существующих генетически модифицированных организмов». Стивен Беннер исследователь Вестхеймерского института Науки и Технологии

Сегодня во всем мире существует более 100 компаний, специализирующихся на синтезе нуклеотдов ДНК последовательностей. Среди них: ATG Biosynthetics, Biomax Informatics, Febit, Sloning в Европе; Blue Heron, DNA 2.0, CODA Genomics в США; Geneworks в Австралии; JBioS в Японии; Sangon, ShineGene в Китае; Evrogen в России. Объем производства искусственного генетического материала составляет в среднем примерно 100 000 образцов в год. Если тенденция падения цен сохранится, то можно ожидать удвоения суммарного годового выпуска продукции к 2015 году.

Современное типовое оборудование для синтеза олигонуклеотидов

Одновременно наблюдается и увеличение длины цепочек синтезируемых на заказ молекул ДНК. Так в 2009 году большинство компаний принимало от 50 до 70% запросов на получение последовательностей из 500–2000 нуклеотидов. Заказы на синтез генов длиной более 40000 нуклеотидов и сейчас составляют малую долю от общего объема производства.

«Индустрия синтетической геномики имеет потрясающий потенциал. Полагаю, уж в скором будущем она сможет кардинально изменить существующие представления о биотехнологической промышленности». Крэйг Вентер основатель исследовательского института Крэйга Вентера

К настоящему времени, за десять с небольшим лет своего существования, синтетическая геномика превратилась из революционного направления научных исследований в стремительно развивающуюся индустрию. И перспективы здесь огромны. Перед человеком открывается возможность создания совершенно новых форм жизни, исправления ошибок генома собственного организма, предотвращения неизбежного и обращения вспять генетических болезней и отклонений. Только направляя потенциал синтетической геномики на благо общества, необходимо осознавать все потенциальные риски и возможные непредсказуемые последствия такой деятельности и разрабатывать эффективные механизмы их предотвращения. Генетические инженеры должны понимать, что уже в самом ближайшем времени они могут быть в ответе за облик всего человечества.

Проблеме научных исследований синтетической геномики применительно к созданию новых средств регенеративной медицины человека будет посвящена конференция «Регенеративная медицина. Фундаментальные и клинические аспекты изучения ангиогенеза. Подходы регенеративной медицины», которая состоится 12 сентября 2011 года в Московском физико-техническом институте http://regenerativemedicine.ru/.

Автор: Максим Алёхин
научный сотрудник Центра высоких технологий МФТИ