Жизнь, которую мы создали. Как пятьдесят тысяч лет рукотворных инноваций усовершенствовали и преобразили природу - Бет Шапиро

утечка генов: у домашних хорьков, скорее всего, есть совокупность генов, отвечающих за смирный нрав, так что и сами они, и их гибриды едва ли достигнут успехов в жизни в дикой природе. В сущности, именно поэтому редактирование генома предпочтительнее обычного скрещивания: при редактировании генома передаются только аллели устойчивости к болезни, а при скрещивании – вообще все, включая врожденную любовь к тому, чтобы тебе чесали пузико и гладили лобик.

А вдруг решение одной проблемы вызовет другую? Вдруг, например, черноногие хорьки, спасенные от неминуемой смерти, до того размножатся, что съедят всех луговых собачек и нарушат равновесие в экосистеме? Сомневаюсь, что это вызовет какие-то сложности, – ведь черноногие хорьки уже существуют в данной экосистеме и занимают там примечательно узкую экологическую нишу. Поскольку эти животные охотятся почти исключительно на луговых собачек, природный рост их популяции ограничивается размерами популяции луговых собачек. А ее держат в рамках ястребы, орлы, совы, барсуки, койоты, рыжие рыси и гремучие змеи, и всем им безразлично кого есть – черноногого хорька или луговую собачку.

По моим представлениям, в том, чтобы выпустить генно-модифицированного устойчивого к туляремии черноногого хорька в ареал его обитания, нет ничего опасного – раз уж есть на свете такое животное. Так что же нам мешает? Оказывается, на сегодня главное препятствие на пути прогресса – недостаток основных представлений о генетике этого вида. Для исчезающих видов геномные ресурсы доступны в значительно меньшей степени, чем для домашних животных. Это касается и «образцовых» геномных последовательностей, от которых можно отталкиваться при поисках признаков близкородственного скрещивания, и карт, связывающих определенные гены или наборы генов с фенотипами. Поэтому нам трудно выявить у исчезающего вида предполагаемые аллели устойчивости к туляремии и вообще любые участки ДНК, кодирующие те или иные черты.

По моим прогнозам, с увеличением доступности геномных ресурсов для исчезающих видов будет расти и важность синтетической биологии в охране природы. Насущных задач у нас предостаточно, в этом сомнений нет. Может ли синтетическая биология передать устойчивость к синдрому белого носа от европейских летучих мышей американским? Или помочь коралловым рифам на всей планете адаптироваться к потеплению океанов? Или вылечить неведомый недуг, убивающий деревья охиа на Гавайях? Пока еще ответ «нет». Однако технологии, благодаря которым решить эти задачи в принципе возможно, существуют, а молекулярные биологи и специалисты по охране природы в сотрудничестве с единомышленниками из числа неравнодушных граждан буквально сеют семена грядущей – и, на мой взгляд, крайне своевременной – революции в сфере охраны природы.

Дерево, которое отказалось умирать

Несмотря на то, что синтетическая биология в природоохранной сфере внедряется медленнее, чем в сельском хозяйстве, у специалистов по охране природы уже есть в запасе одна примечательная история успеха. Причем в этой истории рассказывается не только о том, как трансгенный организм вернули в отдельные области его исконного ареала обитания, – это еще и история о воскрешении вымершего вида. Ну, не то чтобы совсем вымершего: данный вид вымер лишь функционально и почти сто лет, несколько уподобляясь зомби, цеплялся за жизнь только подземными корнями и редкими побегами – обычно чахлыми и недолговечными. И, как оказалось, такие живые зомби-деревья – идеальный материал для начала технологической революции.

На рубеже XX века леса Аппалачей на востоке США состояли в основном из высоких, раскидистых, быстрорастущих и плодоносных деревьев зубчатого каштана – Castanea dentata. Зубчатые каштаны были неотъемлемой частью пейзажа сотни тысяч лет, и их массивные стволы и кроны и богатые урожаи обеспечивали одним кров, другим пищу – и белкам, и сойкам, и индейкам, и белохвостым оленям, и черным медведям, и странствующим голубям, и десяткам других видов, в том числе и людям. А потом деревья вдруг начали гибнуть. На коре проступали мелкие оранжевые подпалины, они сливались в язвы, либо выпуклые и растрескавшиеся, либо вдавленные, словно древесина гнила изнутри. Язвы разрастались, опоясывали ствол, словно тугой пояс, и перекрывали приток воды и питательных веществ. Листья над язвами жухли и бурели, а ветви и сучья высыхали и обламывались. Дерево погибало через считанные месяцы после появления первого пятнышка.

Вскоре после начала этой эпидемии Уильям Меррилл, куратор Нью-Йоркского ботанического сада, выявил причину болезни – грибок Cryphonectria parasitica. Первые симптомы болезни в саду, где работал Меррилл, появились около 1904 года, однако сегодня ученые считают, что на самом деле грибок проник в США на много лет раньше, – приехал безбилетником вместе с популярными декоративными японскими каштанами, которые к нему невосприимчивы. Закрепившись в Нью-Йорке, болезнь стремительно распространилась. С каждым дождем из зараженных деревьев прорастали тоненькие желтые щупальца и выпускали миллионы спор, способных инфицировать соседние деревья. Не прошло и пятидесяти лет после гибели первого дерева, как грибком оказались поражены все четыре миллиарда американских каштанов во всем ареале их произрастания.

Хотя великолепные рощи американских каштанов исчезли из лесов на востоке США к середине XX века, сейчас, по прошествии 70 лет, отдельные деревья еще не окончательно мертвы. Под землей, куда грибок не проникает, сохранились корневые системы, из которых время от времени вырастают тоненькие деревца, – но эти деревца живут совсем недолго и обычно сразу, не успев даже зацвести, становятся жертвой болезни. Небольшие скопления американских каштанов есть и в некоторых уединенных местах на Среднем Западе и северо-западе США, где их посадили в XIX и начале XX века переселенцы. Крупнейшее на сегодня скопление американских каштанов – почти столетняя роща в Висконсине, близ города Уэст-Салем, – тоже заражено грибком, и первые признаки болезни появились там еще в 1987 году. Если говорить о заполнении экологической ниши, американский каштан как вид исчез. Но зомби-побеги и деревья-экспаты обеспечивают ученым именно то, о чем мечтает всякий, кто хочет воссоздавать вымершие виды: живые клетки.

Попытки заполнить опустевшую нишу американских каштанов в восточных лесах начались еще в двадцатые годы прошлого века. Когда привозные китайские каштаны, устойчивые к грибку, не выжили в американском климате, растениеводы попробовали создать гибрид этих деревьев и еще сохранившихся американских каштанов – это стандартный прием растительных биотехнологий. Они надеялись, что скрещивание американского и китайского каштана даст потомство, одновременно устойчивое к грибку и конкурентоспособное в американских лесах. Получившийся гибрид и правда унаследовал устойчивость к грибковой инфекции, но росли эти деревья плохо – должно быть, потому, что столь большая часть их генома сложилась в ходе эволюции совсем в других условиях. В 1983 году был основан Фонд американских каштанов, что подхлестнуло поиски лечения от инфекции, которые тянулись уже десятки лет. Фонд был создан как платформа для сотрудничества энтузиастов охраны природы и ученых, из которых многие работали