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

Ну а что дает технология редактирования генома? Нолан с соавторами ввели в самцов вектор, содержащий ген крРНК, ген, кодирующий кас-белок, и ген бесплодия. Дизайн крРНК был таким, что двунитевой, разрыв должен был происходить в месте на хромосоме, где должен быть размещен ген бесплодия. На левом и правом концах конструкция из трех генов содержала две последовательности, гомологичные последовательностям, расположенным слева и справа от места разрыва (рис. 47). Экспрессия вектора в клетках самца приводит, очевидно, к тому, что вся конструкция (назовем ее КРИСПР-конструкцией), расположенная между двумя концевыми последовательностями, встраивается в геном комара. Что происходит, когда такой генно-модифицированный самец (ГМО-комар), несущий КРИСПР-конструкцию в своих гаметах, выпускается в популяцию нормальных малярийных комаров? Он оплодотворяет самку, не несущую гена бесплодия, и все потомки первого поколения, и самцы, и самки, должны, согласно законам Менделя, быть гетерозиготами. Но уже в зиготе потомков первого поколения происходит экпрессия КРИСПР-конструкции, в результате чего в доставшуюся от самки нормальную хромосому вставляется вся КРИСПР-конструкция, включая ген бесплодия. Зачатые как гетерозиготы, комары уже в первом поколении превращаются в гомозиготы в отношении гена бесплодия!

Такие гомозиготные самки бесплодны, а гомозиготные самцы чувствуют себя совершенно нормально и готовы к оплодотворению. Причем все гаметы самцов будут нести КРИСПР-конструкцию. Так, через несколько поколений ген бесплодия завладевает популяцией, в ней не остается плодовитых самок. Популяция малярийных комаров вымирает. Такое развитие событий немыслимо с точки зрения канонических законов Менделя и с точки зрения популяционной генетики. Начав с ниспровержения запрета на наследование благоприобретенных признаков у бактерий, система КРИСПР-кас при перенесении на животных ниспровергла законы Менделя и законы популяционной генетики. Слыханное ли дело: зачатая как гетерозигота вдруг превращается в гомозиготу, а ген бесплодия завладевает всей популяцией! И это все не фантазии и не прожекты – такие ГМО-комары уже существуют в лаборатории Нолана. Успешное создание ГМО-комаров ясно иллюстрирует, насколько радикальным шагом является технология редактирования генома КРИСПР-кас по сравнению с генной инженерией. Главное различие в том, что редактирование генома происходит в живой клетке и поэтому удается ввести в действие автономную программу геномной перестройки, которая сама включается вновь и вновь в каждом поколении, без вмешательства экспериментатора, и представляет собой вопиющее нарушение законов классической генетики.

Так что же, проблема малярии решена? С научной точки зрения – да. Мы оказались перед очень трудным выбором. С одной стороны, ясно, что надо немедленно запустить ГМО-самцов в гущу малярийных комаров где-нибудь в Африке. Но, с другой стороны, имеется опасность, что КРИСПР-конструкция, несущая ген бесплодия, передастся от комаров, распространяющих малярию, к обычным, безвредным комарам, которые являются неотъемлемой частью экосистемы. Ими и их личинками питаются рыбы и лягушки; наверное, они играют еще какую-то роль. Хотим ли мы их уничтожения? Как обычно, эксперты разделились на два лагеря. Одни призывают не спешить и сначала попытаться уяснить в полной мере возможные риски. Другие говорят, что это тот случай, когда бездействие преступно: ведь каждый день от малярии умирает около 1000 человек, почти все – в Северной Африке. Очень трудный выбор… И такого рода труднейшие вопросы будут нарастать как снежный ком, по мере дальнейшего внедрения технологии редактирования генома. Конечно, можно поступить, как это сделала Государственная дума в России: вообще запретить все ГМО, да и дело с концом. Когда я узнаю о таких новостях, я вспоминаю собственные слова, которые люблю повторять моим студентам. «Есть болезнь пострашнее рака, инфаркта, чумы, холеры и даже СПИДа: имя ее – невежество. И болезнь эта неизлечима».

К счастью, наряду с вопиющими невеждами среди представителей вида Homo sapiens встречаются индивидуумы, способные на поразительные прозрения. Одним из таких людей был Уоррен Уивер, чьи воистину пророческие слова взяты эпиграфом к этой главе. Это тот самый Уивер, который в 1932–1955 годах возглавлял отдел естественных наук Фонда Рокфеллера и который в 1937 году сумел осуществить переезд Дельбрюка из Германии в США (см. главу 1). Кто знает, насколько бы задержалось открытие структуры ДНК, которое было началом всего, о чем рассказано в этой книге, не окажись такой человек, как Уивер, в нужное время в нужном месте. Ведь Уотсон произошел из фаговой группы Дельбрюка…

Грядущий золотой век

Итак, биотехнология, вооружившись новейшими методами генной инженерии и редактирования генома, объявила новый поход на инфекционные болезни. Есть веские основания рассчитывать на то, что это решительное наступление приведет к революции в медицине и ветеринарии, подобной той, какую вызвало в свое время открытие антибиотиков. Но, разумеется, одной медициной воздействие биотехнологии на жизнь людей не ограничится. Но вот какие формы примет это воздействие в других областях, сказать пока очень трудно.

Если в области медицинских и ветеринарных дел похоже, что многое уже «на мази», то в остальных областях в основном дело ограничивается пока достаточно туманными обещаниями чего-то вроде золотого века. Впрочем, одна задача вырисовывается достаточно четко. Это – производство промышленным путем белка для корма скоту. Дело в том, что обычный корм (сено, зеленая масса кукурузы) обеднен белком, особенно некоторыми аминокислотами. Восполнение этого дефицита резко увеличивает эффективность усвоения обычных кормов. Это известно давно, и уже много лет некоторые аминокислоты производятся промышленным, микробиологическим способом и добавляются в корм. Методы генной инженерии позволяют сконструировать штаммы, обладающие невиданной ранее производительностью, так что задачу производства корма, оптимально сбалансированного по белку, биотехнология, несомненно, решит.

Но в этом нет ничего радикально нового. Худо-бедно проблема решалась и без генной инженерии. Окажется ли выгодным перейти к полностью индустриальному изготовлению кормов генно-инженерным способом – покажет будущее. Если биотехнология вызовет такой поворот, это будет действительно революцией. Мне, например, золотой век мерещится так.

Где-то в пустынях стоят солнечные электростанции, от них ток, а также необходимое минеральное сырье поступают на громадные биотехнологические заводы, где готовят оптимально сбалансированные корма из бактерий или дрожжей и в удобной упаковке рассылают их по всему миру на животноводческие фермы и птицефабрики. Там, словно в инкубаторах, где сегодня растят кур, выращивают всю остальную живность, а может быть, и совсем новых, выведенных с помощью генной инженерии и технологии редактирования генома, животных. Кроме кормов, заводы изготовляют искусственную пищу.

Разумеется, в каком-то объеме сохранилось и обычное земледелие с возделыванием пшеницы и других культур. Но потребность в этих весьма дорогих продуктах настолько снизилась, что их возделывают только в отдельных климатических зонах, с полной мелиорацией и т. д. Огромные пространства, которые были в добиотехнологическую эру заняты под пашни, освободились, люди перестали скучиваться в городах, а живут вольготно среди лесов, озер и рек и ездят на работу, в ближайший магазин и друг к другу в гости в беспилотных электромобилях…

Новая технология всегда изменяет рано или поздно повседневную жизнь, но очень трудно угадать заранее, как это произойдет. Радиоэлектроника, например, уже радикально изменила привычные когда-то способы получения и обработки информации. Скорость этих изменений необычайно возросла с возникновением Интернета. Сейчас, с переходом ее на качественно новую ступень (миниатюризация), она вторгается буквально во все области жизни. Случится ли нечто подобное с биотехнологией? Уверен, что да.

11

ДНК и судьба

…Мы многое узнали о том, как живет и эволюционирует клетка, хотя недостаточно – о том, как предотвращать рак. Скорее наоборот: мы увидели многообразие факторов и механизмов, которые его индуцируют, а это ослабляет надежду на универсальные способы терапии. Поэтому вспоминаются слова Екклесиаста: во многой мудрости много печали; и кто умножает познания, умножает скорбь. Но ученые работают.

Р. Б. Хесин. Непостоянство генома (1984)

ДНК и рак

Наша затянувшаяся борьба с раком – это самая настоящая война. Число жертв в этой войне не поддается учету: нет ни одной семьи на Земле, которая не была бы затронута. И несмотря на громадные усилия, несмотря на появляющиеся вновь и вновь надежды, несмотря на медленный, но устойчивый прогресс в методах терапии, люди продолжают умирать: рак наряду с сердечно-сосудистыми заболеваниями остается главной причиной смерти в развитых странах.