Инженеры и поэт закодировали стихи в «бессмертной бактерии»

Бактерия Deinococcus radiodurans была модифицирована, чтобы светиться красным при «чтении» стихов. Автор: Университет Техаса в Остине

Греческий врач и философ Гиппократ однажды сказал (в вольном переводе): «Жизнь коротка, а искусство вечно». История полна цитат великих мыслителей, выражающих ту же идею: искусство переживает века. Однако у него есть ограничения. Классические произведения теряются или искажаются при передаче из поколения в поколение. Бумага разлагается.

Но теперь всемирно известный поэт Кристиан Бёк и инженер из Техаса Лидия Контрерас объединили усилия, чтобы создать произведение искусства, способное жить вечно. Они использовали синтетическую биотехнологию, чтобы закодировать одно из стихотворений Бёка о знаменитой греческой трагедии, внедрив его в «бессмертную бактерию», которая, в свою очередь, «читает» дополнительное стихотворение, выраженное в виде искусственно созданного РНК-кодируемого белка.

«Мы создали очень мало вещей, которые могли бы пережить Солнце. Этот артефакт — жест, способ показать, что мы можем создать технологию, способную сохранять сообщения на протяжении всей жизни Земли, защищая наше культурное наследие от планетарных катастроф, способных уничтожить цивилизацию», — сказал Кристиан Бёк.

Эта работа стала центральной частью новой книги под названием «Ксенотекст: Книга 2», второй части серии, над которой Бёк работал более 25 лет. Первая часть, выпущенная в 2015 году, послужила доказательством концепции. Бёк освежает знания читателей в области генетики, показывая свои первые шаги в разработке этой поэтической бактерии, кодируя своё произведение в гораздо менее устойчивый организм.

На этот раз он полностью достиг своей цели благодаря помощи Контрерас и её исследовательской группы во главе с аспирантом Антонио Кордовой. Вместе они закодировали стихотворение, написанное на ограниченном языке ДНК, вставив этот ген в Deinococcus radiodurans — «экстремофильный» микроорганизм, также известный как «Конан-бактерия» из-за его невероятной устойчивости к экстремальным условиям, таким как высыхание, ультрафиолетовое излучение и радиация.

Инженер из Техаса Лидия Контрерас. Автор: Университет Техаса в Остине

Биотехнология, контролируемое использование организмов для выполнения конкретных задач, играет роль во многих продуктах, которые мы используем ежедневно. Именно благодаря ей генетически модифицированные бактерии производят пластмассы, химические вещества и компоненты лекарств.

«Синтетическое использование этого невероятно устойчивого организма для слияния границ языка — генетического и английского — философски очень вдохновляет», — сказала Контрерас, профессор кафедры химического машиностроения МакКетты в Техасском университете.

Бёк вдохновился научными исследованиями, посвящёнными внеземной коммуникации, а также технологиями генной инженерии бактерий. Он начал этот проект, чтобы воплотить в жизнь научно-фантастическую идею использования бактерий для кодирования сообщений, которые могли бы прочитать другие виды во Вселенной, создав при этом нечто, способное пережить человечество.

Он сотрудничал с несколькими партнёрами в ходе проекта. Найдя работы Контрерас по Deinococcus radiodurans, он написал ей «холодное» письмо, положив начало многолетнему партнёрству.

Контрерас была впечатлена работой Бёка, а её студенты с энтузиазмом отнеслись к участию и возможности придать своему исследованию более широкий смысл. Опыт Контрерас и её студентов в работе с Deinococcus radiodurans оказался критически важным для успеха проекта.

Всегда есть риск, что при добавлении нового кода в генетику организма жизнь может его отвергнуть, или код не выполнит желаемое действие, поскольку он не приносит пользы самому организму. Потребовалось множество проб и ошибок, чтобы добиться нужного результата.

В геном бактерии закодировано стихотворение Бёка под названием «Орфей» (первая строка: «Любой стиль / жизни первоздан»). Когда бактерия химически активируется, она «читает» это стихотворение как набор генетических инструкций для создания дополнительного стихотворения под названием «Эвридика» (первая строка: «Фея / розовата в свете»).

Организм переводит ДНК в последовательность аминокислот, которые производят белок. Каждый фрагмент ДНК и каждая кислота в белке соответствуют букве английского алфавита. Кроме того, белок был спроектирован так, чтобы светиться ярко-красным, заставляя организм флуоресцировать, как «фея» из стихотворения.

«Орфей и Эвридика» — классическая греческая трагедия. Орфей использует свой непревзойдённый музыкальный талант, чтобы спасти любовь своей жизни, Эвридику, из подземного мира, но теряет её на обратном пути.

Для написания двух стихотворений Бёк разработал взаимно биективный шифр — тип кода, в котором каждая буква алфавита соответствует исключительно другой. Например, в первой строке «Орфея» и «Эвридики» буквы A и T взаимозаменяемы, как и N и H, Y и E. Эти замены должны соблюдаться во всех словах обоих стихотворений.

По словам Бёка, на написание стихов ушло четыре года. Он также потратил много лет на изучение инженерии и программирования, чтобы доказать потенциальным научным партнёрам, что его идеи можно реализовать с помощью нужных знаний.

Хотя этот впечатляющий эксперимент имеет огромное значение для создания «живого искусства», его потенциальное применение выходит за рамки этого достижения. Устойчивые микроорганизмы могут хранить информацию лучше, чем любая искусственная технология. Учёные из разных областей активно работают над тем, как использовать эти навыки для революции в современных методах хранения данных, потому что будущее технологического роста требует более эффективных способов архивирования информации.

«В конечном итоге всё сводится к вопросу: как нам хранить информацию, которая переживёт всё? Как сохранить и защитить её? Живые организмы — идеальные хранители информации, и эти технологии демонстрируют это, предлагая идеи интеграции синтетической биотехнологии в другие футуристические приложения, такие как самовосстанавливающиеся здания», — сказала Контрерас.

Источник: University of Texas at Austin