Взломать Дарвина: генная инженерия и будущее человечества - Джейми Метцль Страница 29

Но какими бы странными не казались эти виды взламывания человеческой репродукции сегодня, у любого ребенка, рожденного подобным образом, будет на 100 % неизмененная человеческая ДНК. Если этот факт кажется слабым утешением, то только потому, что мы еще не начали обсуждать методы генной инженерии с еще большим потенциалом для фундаментальной трансформации нашего вида.

Глава 5

Божьи искры и пыльца фей

Революционные идеи и прогрессивные технологии часто развиваются сообща.

Проводя эксперименты с семенами гороха, Грегор Мендель едва ли представлял, насколько сложные вычисления компьютеры смогут выполнять столетие спустя. Уотсон, Крик, Франклин и Уилкинс никогда бы не открыли двойную спираль ДНК без помощи микроскопа и рентгенографии. А Фред Сэнгер, Алан Коулсон, Лерой Худ и другие не смогли бы изобрести секвенирование генома без микропроцессора. Армия исследователей по всему миру, стремящихся лучше понять человеческий геном, не сдвинулась бы с мертвой точки без сложных алгоритмов и усовершенствованных микросхем для обработки данных.

Это танго между совместно развивающимися идеями и ресурсами навсегда меняет наше восприятие себя как вида. В то время как наши предки отождествляли себя с плодами любви, рожденными из божественной искры или пыльцы фей, современные мы склонны рассматривать себя как результат выполнения кода. Чтобы описывать работу наших машин, мы придумали язык, который стал метафорой процессов внутри нас. Это не только научный, но и новаторский скачок. После миллиардов лет дарвиновской эволюции за счет случайных мутаций и естественного отбора смена парадигм позволяет нам увидеть новое будущее, в котором мы не просто выбираем себе детей, но также взламываем и переписываем их генетический код.

Как только ученые начали раскрывать тайны генома, они стали думать о его возможных изменениях. В 1960-х годах ученые стали использовать излучение, чтобы стимулировать случайные генетические мутации в простых организмах и растениях – медленный, дорогой, неточный и кропотливый процесс. Но на каждую из выделенных полезных мутаций могли приходиться сотни, тысячи и даже миллионы незамеченных или вредных отклонений. В 1980-х и 1990-х годах был придуман альтернативный способ для более точного переноса генов из одного организма в другой, который стал большим шагом вперед. Но поиски более быстрого, качественного и целенаправленного способа изменять гены не закончились. Не так давно этот процесс переключился на усиление переноса.

В важном исследовании 2009 года американские генетики Арон Гертс и Говард Джейкоб наглядно представили, как класс белков под названием «цинковопальцевые нуклеазы», или ZFN, которые созданы, чтобы связываться с ДНК, можно использовать для точного редактирования геномов. ZFN-белки спроектированы таким образом, что могут связываться с ДНК и создавать локализированные разрывы в двух ее цепочках. Если представить себе спираль ДНК как винтовую лестницу, то ZFN разрежет ту ее часть, за которую вы держитесь при подъеме.

Вскоре этот способ начали применять для редактирования геномов мышей, крыс, коров, свиней и других не являющихся людьми млекопитающих, чтобы проводить различные лабораторные исследования с небывалой точностью. Довольно быстро ZFN превратилась в лидирующую технологию по редактированию геномов в лабораторных исследованиях по всему миру. Однако лидерство ZFN длилось недолго.

В 2011 году был открыт еще более удобный инструмент. Этим малоизвестным, но многообещающим направлением стали эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции (TALEN, или Transcription activator-like effector nucleases). TALEN также делали двойной разрез на ДНК-маркере, но, по сравнению с ZFN, эти белки были более гибкими и универсальными; они могли использоваться для редактирования более широкого спектра генных зон-мишеней с большей специфичностью.

В те древние времена – каких-то несколько лет назад – TALEN казались настоящей магией. Они позволили смоделировать множество человеческих заболеваний более рационально и эффективно, а также создать модифицированных мышей, крупный рогатый скот, свиней, коз, овец и даже обезьян с отредактированным геномом. Когда процесс улучшился, методику применили, чтобы искоренить генетическое заболевания глаз у мышей, и перспективы помочь в лечении заболеваний человека казались многообещающими. В 2011 году влиятельный журнал Nature Methods признал важность TALEN и назвал их «методом года»[126]. Хотя, в отличие от ZFN, TALEN были сверхбыстрыми и простыми в использовании, они не годились в подметки новому инструменту генной инженерии, созданному за четверть века или миллиарды лет – в зависимости от того, с какой стороны посмотреть, – и ожидающему своего места в лучах славы.

Этот новый инструмент начинается с самых крошечных организмов.

* * *

Бактерия – это одна из самых ранних форм жизни на Земле, выживаемости которой можно только позавидовать. Вот уже более миллиарда лет вирусы в бесконечном поиске новых хозяев атакуют бактерии, чтобы встроить крошечный набор своей вирусной ДНК. Вирусы делают это не со зла. Проникнуть в клетки хозяина и превратить их в аппараты по выработке вируса – это единственная стратегия выживания вируса. Вирусы агрессивны. Но сами бактерии не прожили бы так долго, если бы не сумели выработать защитные механизмы.

В 1987 году исследователи из японского университета в Осаке, изучающие последовательность хромосомной ДНК, обнаружили в группе кода серию повторов. Несколькими годами позже молодой испанский исследователь по имени Франсиско Мохика, изучавший секвенированные бактерии с предельной солеустойчивостью, увидел те же типы скоплений палиндромного, или повторяющегося (например, «дом мод»), кода, которые проявлялись в бактериальной ДНК.

Когда Мохика сравнил эти последовательности с данными других исследователей из общей базы GenBank, то заметил, что палиндромные скопления совпадали с одними и теми же группами кода в некоторых вирусах. В то время никто не знал, для чего нужны – и нужны ли – эти группы кода. Тогда Мохика и ряд других исследователей, включая Жиля Вирно и Александра Болотина из Франции, высказали гениальные и обоснованные предположения, что бактерии использовали скопления кода в качестве своего рода иммунной системы[127]. Позже голландский исследователь Рууд Янсен назвал эти последовательности короткими палиндромными повторами регулярно расположенных групп. Из-за длины Мохика сократил название до более удобной аббревиатуры CRISPR.

Примерно в это же время о работе Болотина узнали ученые из Danisco – крупнейшей мировой компании по производству йогуртов. В основе процесса по превращению молока в йогурт лежит бактерия Streptococcus thermophilus. Поэтому ученые из Danisco Филипп Хорват и Родольф Барангу задались вопросом: можно ли предотвратить случайное разрушение сырных и йогуртовых культур, если понять, как бактерии реагируют на атаку вирусов?

Используя знания, полученные Мохика, Болотиным и другими, Хорват и Барангу подвергали бактерии воздействию вирусов, и это убивало большую часть бактериальных колоний. Но когда ученые многократно культивировали выжившие