Самая главная молекула. От структуры ДНК к биомедицине XXI века - Максим Франк-Каменецкий

Подобно тому, как появление транзистора привело к рождению современной электроники, открытие рестриктаз и разработка других методов генной инженерии породили биотехнологию. Как грибы после дождя, возникают биотехнологические компании, создающие на основе совершенно новых технических принципов фармацевтические препараты, вакцины, другие биологически активные вещества. Так что же достигнуто сегодня и над чем будет работать завтра вся эта армия ученых и инженеров?

Но давайте по порядку. Когда в середине 1970-х годов впервые возник шум вокруг генной инженерии, его вызвали не ее успехи, которых тогда еще не было, а наоборот, опасения, что она приведет к непредвиденным отрицательным последствиям. Эти опасения вспыхнули с новой силой совсем недавно, уже в середине 2010-х, когда возникла технология редактирования генома, о которой речь пойдет далее в этой главе.

Опасна ли генная инженерия?

Рассказывают, что перед первым испытанием атомной бомбы руководители американского атомного проекта обратились к теоретикам со следующим вопросом: «А что, если взрыв совершенно нового типа, подобных которому не было на Земле, приведет к глобальной катастрофе? Вдруг атомная бомба послужит запалом для термоядерной реакции, которая охватит всю земную атмосферу?» Первой реакцией теоретиков был ответ: «Скорее всего, ничего страшного не произойдет». Но что значит «скорее всего»? При ответе на подобные вопросы обычные допуски не годятся. Ведь на карту была поставлена ни много ни мало судьба всего человечества.

Поэтому, поразмыслив, теоретики решили, что одному из них следует попытаться совершенно строго решить задачу: есть ли малейшая вероятность того, что подобная катастрофа произойдет? Был выбран самый дотошный, самый аккуратный из американских теоретиков – Г. Брейт. Представляете, какой груз ответственности был возложен на плечи одного человека? Скрупулезно проанализировав все мыслимые возможности, Брейт дал ответ: возможность того, что взрыв атомной бомбы вызовет цепную реакцию в атмосфере, следует считать полностью исключенной.

Подобные драматические события разыгрались и при рождении генной инженерии. В 1974 году, после самых первых опытов по получению рекомбинатных молекул ДНК и доказательств их успешной работы в клетке, ученые сами себе задали вопрос: «А что, если в ходе перетасовок генов, перетасовок, которые совершенно невозможны в естественных условиях, возникнет молекула ДНК с чудовищно губительными для человека качествами? Что, если она начнет безудержно размножаться, заразит массу людей, а потом всех их убьет?»

Группа ведущих американских молекулярных генетиков во главе с Полом Бергом опубликовала в главных научных журналах, а затем и в широкой прессе сенсационное письмо, в котором сообщалось, что они временно прекращают работы по генной инженерии. Ученые призывали своих коллег во всем мире сделать то же самое, вплоть до чрезвычайного съезда специалистов, где предлагалось обсудить обоснованность возникших опасений и разработать меры, которые позволили бы максимально уменьшить риск, связанный с генной инженерией.

И хотя съезд, состоявшийся в 1975 году, наложил запрет на работы по генной инженерии, через год этот запрет был снят. За это время были разработаны четкие рекомендации, как следует проводить генно-инженерные работы, сопряженные с разной степенью риска.

Понятно, что решить вопрос раз и навсегда в данном случае нельзя. Вопрос о риске генно-инженерных работ связан со слишком сложным комплексом микробиологических, экологических и других проблем, и, по-видимому, единственный путь здесь – постепенное ослабление ограничений с тщательной проверкой каких-либо последствий. По этому пути и пошли. Первые правила работы с рекомбинантными ДНК были очень строгими, затем они были смягчены.

Пока что все мыслимые проверки, на которые были затрачены огромные средства, не выявили ни малейших следов влияния этих экспериментов на окружающую нас микробиологическую среду. Рекомбинантные ДНК оказываются совершенно нежизнеспособными вне тех искусственных условий, в которых их культивируют генные инженеры.

Во всяком случае есть все основания считать, что ситуация находится под контролем – если когда-нибудь возникнут какие-либо неприятности, то они будут обнаружены до того, как станут необратимыми, и опасность удастся ликвидировать. В конце концов, пользование зажигалкой, газовой плитой, электрическим утюгом, не говоря уже об атомном реакторе, – все это сопряжено с определенным риском для людей и имущества. Было бы безрассудством отказаться от исследований, сулящих решить многие острые проблемы, стоящие перед людьми, просто из соображений «как бы чего не вышло».

Теперь, много лет спустя после описанных драматических событий, работы по генной инженерии идут полным ходом в тысячах лабораторий мира. Были ли опасения оправданны? Не было ли обращение Берга и его коллег лишь ловким трюком, как подозревали некоторые циники, рассчитанным на то, чтобы привлечь к генной инженерии внимание широкой публики и финансирующих науку инстанций?

С одной стороны, опыт прошедших лет показал, что при соответствующих предосторожностях работы по генной инженерии не связаны с заметным риском. Однако, с другой стороны, человечество столкнулось за эти годы с новой страшной болезнью, которая особенно ярко показала, насколько коварны бывают вирусы. Речь идет, как уже, наверное, догадался читатель, о печально знаменитом СПИДе, т. е. синдроме приобретенного иммунного дефицита. Эта болезнь, заявившая о себе впервые в начале 1980-х годов, подчас вызывает такой же ужас у миллионов людей, как в Средние века чума или холера.

Безусловно, СПИД служит предупреждением, насколько коварной и безжалостной ДНК (и РНК) может быть. В то же время трудно найти лучший пример того, какую пользу сулят генная инженерия и биотехнология, чем успех, достигнутый в борьбе со СПИДом.

Битва века

Как считают, родина этой «чумы нового времени» – Центральная Африка. Оттуда она была занесена в Карибский бассейн, а потом из Гаити попала на Американский континент. В 1983–1984 годах французской и американской группам вирусологов удалось выделить вызывающий СПИД вирус, названный ВИЧ (вирус иммунодефицита человека). Впрочем, слава досталась французам: за открытие ВИЧ Франсуаза Барре-Синусси и Люк Монтанье получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины за 2008 год. ВИЧ поражает Т-лимфоциты, т. е. клетки крови, ответственные за иммунитет. В результате больной теряет способность к иммунной реакции на любую инфекцию и умирает от воспаления легких или от чего-нибудь еще. Главным образом СПИД передается через кровь, подобно сывороточному гепатиту. Но в отличие от гепатита и всех других известных медицине болезней заболевший СПИДом человек практически наверняка умирал – ведь выведенной из строя оказывалась та самая иммунная система, которая единственная и может защитить от вирусной инфекции. Подчеркнем, что к моменту возникновения эпидемии СПИДа наука не располагала лекарствами, позволяющими лечить вирусные болезни, в отличие от бактериальных болезней, которые к тому времени уже давно лечились с помощью антибиотиков.

Два фактора – длительный инкубационный период, в течение которого отсутствуют какие-либо внешние признаки болезни, и то, что смерть наступала от обычных болезней типа пневмонии, привели к сильной задержке в обнаружении СПИДа. В результате к моменту начала борьбы с болезнью уже около миллиона американцев оказались носителями вируса.

Ученые во всем мире взялись за обуздание СПИДа. Прежде всего, вооружившись новейшими достижениями молекулярной биологии и генной инженерии, вирус СПИДа подвергли всестороннему исследованию. Была определена полная нуклеотидная последовательность вирусной РНК (ВИЧ принадлежит к классу ретровирусов, у которых генетическим материалом служит РНК, а не ДНК). Начали издаваться специальные журналы о СПИДе, страницы многих научных журналов запестрели статьями о нем. Был разработан иммунологический тест, позволяющий обнаружить ВИЧ в крови и выявить всех его носителей, а также проверить донорскую кровь.

С конца 1980-х годов весьма значительные ресурсы были направлены на изучение ВИЧ и на борьбу со СПИДом. Однако поначалу исследователи не осознавали в полной мере масштабы проблемы. Ведь с тех пор, как Эдвард Дженнер изобрел вакцинацию (более 200 лет назад), многие вирусные болезни были успешно побеждены. Наиболее впечатляющий успех в сравнительно недавнее время – это создание Джонасом Солком вакцины против полиомиелита. В результате практически исчезла эта страшная болезнь, терроризировавшая многие поколения тем, что убивала и оставляла калеками миллионы детей. Вспомним хотя бы знаменитого ФДР, любимейшего американцами президента Рузвельта, проведшего страну и через Великую депрессию, и через Вторую мировую войну, но всю жизнь не встававшего с инвалидного кресла.