Хромосома 18
Исцеление

В начале третьего тысячелетия перед нами впервые открылась возможность стать редакторами текста, записанного в геноме. Геном перестал казаться священным, а стал чем-то вроде электронного документа на дискете. Мы можем кое-что вырезать и кое-что добавить, переставить абзацы и изменить порядок слов. В этой главе мы обсудим, как это можно сделать и надо ли это делать. Странно, но лишь только в наших руках оказались инструменты для редактирования генома, мы остановились в замешательстве, и нам вдруг захотелось по-прежнему взирать на геном как на Святое Писание. Итак, давайте познакомимся с современными средствами манипулирования генами.

Хотя перед генетиками никогда не ставились такие далекие цели, негласно считается, что конечной целью развития генетики — если хотите, вершиной ее развития — является генетическое моделирование человека. Вероятно, в будущем, может, через несколько столетий, человека можно будет укомплектовывать новыми генами, которых не существовало в природе. На современном этапе развития генетики речь идет пока только о добавлении генов, позаимствованных от других людей или от животных и растений. Возможно ли это? А если возможно, соответствуют ли такие операции нашим представлениям об этике?

Давайте возьмем для примера ген на хромосоме 18, который подавляет развитие рака позвоночника. Мы познакомились в предыдущей главе с данной разновидностью генов-супрессоров, хотя точная локализация на хромосомах для многих из них пока не установлена. Точное местонахождение на хромосоме 18 данного гена, которому уже присвоили имя DCC, тоже не известно, однако известно, что данный ген управляет ростом аксонов в стволе спинного мозга и вроде бы никак напрямую не связан с подавлением раковой опухоли. Возможно, супрессором является другой ген, сцепленный с DCC. Известно только, что мутации в окрестностях данного гена, выявляемые с помощью генетических маркеров, существенно повышают риск заболевания раком позвоночника. Появится ли возможность в будущем извлечь этот ген, как неисправную свечу зажигания из двигателя автомобиля, и заменить его на исправную версию гена? Скорее всего, в ближайшем будущем это станет возможным.

Я достаточно стар, чтобы еще помнить, как на заре своей журналисткой карьеры разрезал распечатку статьи на абзацы с помощью обычных ножниц и склеивал их в нужной последовательности, пользуясь обычным клеем. Сейчас чтобы переместить абзац с места на место я использую маленькие значки текстового редактора, на которых добрые разработчики компании Microsoft поместили изображения ножниц и других инструментов, чтобы обозначать те же самые действия. (Только что перетащил и вставил данный абзац из другого места в тексте.) Тем не менее принципы редактирования остались прежними: вырезаем в одном месте и вставляем текст там, где он необходим.

Чтобы выполнить подобные действия над текстом генов, нам тоже потребуются ножницы и клей. К счастью, природа уже подготовила эти инструменты для собственных целей. В качестве клея выступает фермент лигазы, который склеивает разорванные нити ДНК. Ножницы — ферменты рестрикции — были обнаружены у бактерий еще в 1968 году. У бактерий эти ферменты используются для борьбы с вирусами. С их помощью чужеродная ДНК разрезается на кусочки. Но в отличие от обычных ножниц рестриктазы довольно смышленые: они режут ДНК не где попало, а лишь там, где обнаруживают определенный «текст». Сейчас известно более 400 разных рестриктаз, и каждая ищет только свой строго определенный текст. Рестриктазы работают как заправские редакторы, разрезая абзацы на части только там, где находится ключевое слово.

В 1972 году Поль Берг (Paul Berg) из Стэнфордского университета с помощью ферментов рестрикции разрезал в пробирке вирусную ДНК, а затем сшил кусочки случайным образом с помощью фермента лигазы. Он стал первым человеком, получившим «рекомбинантную» ДНК. Люди научились делать то, что ретровирусы проделывают уже миллионы лет: встраивают свои гены в хромосому. К концу прошлого столетия была получена первая рекомбинантная бактерия: кишечная палочка со встроенным геном лягушки.

Это сообщение взбудоражило общественность, обеспокоенную тем, не несут ли новые технологии опасности человечеству. Опасения разделяли и сами ученые. Ширилось мнение, что следует сделать паузу и хорошо подумать, прежде чем продолжать эксперименты по рекомбинации генов. В 1974 году в среде ученых звучали призывы к объявлению моратория на проведение генетических экспериментов, что еще больше насторожило широкую публику: если ученые не уверены в безопасности, то тут, действительно, есть чего опасаться. Природа поместила бактериальные гены в бактерии, а лягушачьи — в лягушек. Кто мы такие, чтобы нарушать естественный ход вещей? Не будут ли последствия ужасными для человечества? Конференция, прошедшая в Асиломаре (Asilomar) в 1975 году, отбросила доводы консервативно настроенных ученых и дала добро на возобновление исследований в области генетической инженерии с соблюдением строжайших мер безопасности и под наблюдением государственных комитетов. Ученые признали необходимость контроля, и общественность постепенно успокоилась. Новый всплеск общественной критики генетических исследований пришелся на середину 1990-х годов, но в этот раз темой была не столько безопасность, сколько этичность методов.

Появились первые биотехнологические компании. Сначала Genentech, потом Cetus и Biogen, а затем множество компаний по всему миру. Невероятные новые возможности вызывали интерес у бизнесменов. Ученые научились конструировать бактерии, которые продуцируют несвойственные им белки, важные для медицины, пищевой промышленности и других отраслей производства. Стали появляться и первые разочарования. Например, оказалось, что бактерии не подходят для синтеза большинства человеческих белков, да и степень изученности белков человека и их роли была недостаточной для их широкого медицинского использования. Несмотря на объемные инвестиции в венчурные проекты, единственной компанией, приносящей прибыли своим акционерам, является пока только Applied Biosystems, которая занимается разработкой оборудования для других биотехнологических компаний. Тем не менее примеры успешного внедрения в производство продуктов биотехнологической промышленности хорошо известны. В конце 1980-х годов гормон роста, полученный с помощью генетически модифицированных бактерий, заменил в медицине свой дорогостоящий и потенциально опасный аналог, получаемый из мозга умерших людей. Настороженность широких масс общественности относительно этичности и безопасности генетических исследований оказалась беспочвенной: за 30 лет использования методов генной инженерии не произошло ни одного инцидента, приведшего к человеческим жертвам или к экологическим проблемам. Пока все идет довольно гладко.

Методы генетической инженерии в большей степени повлияли на науку, чем на промышленность. Стало возможным клонировать гены (не следует путать клонирование генов с клонированием организмов). Суть клонирования состоит в том, что отыскав иголку (ген) в стоге сена (геноме), исследователь получил возможность вырезать этот ген и вставить его в бактерию, чтобы накопить миллионы копий этого гена для дальнейших исследований. С помощью клонирования были созданы библиотеки, включающие многие тысячи перекрывающихся фрагментов генома человека, что дает возможность выбрать любой участок хромосомы для более пристального анализа. Именно с помощью генетических библиотек ученые, еще до начала работ над проектом «Геном человека», отыскивали важные гены и «читали» записанный в них текст. Кропотливый и утомительный труд — отыскать нужный абзац в тексте, содержащем 3 млрд букв, это стопка книг высотой 45 м. Сотрудники Центра Сенгера (Sanger Centre), находящегося около Кембриджа и являющегося лидирующей организацией в проекте «Геном человека», читают геном со скоростью 100 млн букв за год.

Очевидная проблема состоит в том, что 97% генома представлено бессмысленной ДНК, интронами, повторяющимися минисателлитами и полуистлевшими псевдогенами. Разработан метод, позволяющий сконцентрировать внимание на функциональных генах. Для этого создаются генетические библиотеки другого типа: библиотеки кДНК (комплементарная ДНК). Работа по созданию такой библиотеки начинается с выделения из клеток всех молекул РНК. В большинстве случаев эти молекулы представлены информационной РНК — копиями генов, полученными в результате трансляции. Осталось только преобразовать РНК обратно в ДНК, и вы получите библиотеку работающих генов без вставок бессмысленных фрагментов ДНК. Проблема состоит лишь в том, что у полученных фрагментов ДНК нет никаких табличек, указывающих на место гена в хромосомах. К концу 1990-х годов наметилось серьезное противостояние во взглядах и методах между двумя группами ученых, работающих над проектом «Геном человека». Одна группа, возглавляемая бывшим профессиональным серфингистом, ветераном войны во Вьетнаме и миллионером Крэйгом Вентером (Craig Venter) с его компанией Celera, предпочитала штурмовые методы «шотган-секвенирования» генома человека с параллельным коммерческим патентированием обнаруженных генов. Им противостояли академические круги Кембриджа под руководством Джона Салстона (John Sulston), финансируемые общественной организацией Wellcome Trust. Они предпочитали методы последовательного системного изучения генома и опротестовывали любые попытки коммерциализации проекта. Неизвестно, какая сторона возьмет верх.

Вернемся к генетическим манипуляциям. Смоделировать гены для использования в бактериях несравнимо проще, чем вставить новый ген в геном человека. Бактерии легко абсорбируют маленькие циркулярные фрагменты ДНК, называемые плазмидами, и используют их как свои собственные. Кроме того, организм бактерии представлен единственной клеткой, тогда как организм человека включает 100 триллионов клеток. Если цель состоит в генетическом модифицировании человека, то ген нужно вставить либо во все клетки, где он используется, либо в оплодотворенную яйцеклетку еще до первого деления.

Открытие в 1970 году ретровирусов, способных создавать ДНК из молекул РНК, подсказало возможный путь развития «генной терапии». Геном ретровируса представлен небольшой молекулой РНК, содержащей команду для клетки: «скопируй меня и вставь в свою хромосому». Все, что осталось сделать, — это взять ретровирус, удалить из него вредные гены, вызывающие болезнь, вставить вместо них нужный ген человека и инфицировать полученными вирусами больного с генетическим дефектом. Дальше вирус выполнит свою назначенную природой работу: проникнет в клетки, скопирует себя и вставит полезные гены в хромосому.

На протяжении всех 80-х годов прошлого столетия велись бурные дискуссии о том, насколько безопасной будет такая терапия. Что если ретровирус инфицирует не только соматические клетки организма, но и половые, закрепив новый признак в поколениях. Ретровирус может каким-то образом возвратить себе утраченные гены патогенности и вызвать заболевание. Все что угодно может случиться. Скандал произошел в 1980 году, когда Мартин Клайн (Martin Cline), занимавшийся генетическими заболеваниями крови, по собственной инициативе попытался трансформировать геном израильского пациента, страдавшего талассемией. (Он использовал другой подход, без ретровирусов.) Клайн потерял свою работу и добрую репутацию. Результаты его эксперимента никогда не публиковались. Все сошлись во мнении, что эксперименты над человеком проводить пока еще преждевременно.

Эксперименты на мышах открыли как новые перспективы, так и множество скрытых проблем. Генетическая терапия оказалась не столько опасной, сколько неэффективной. Каждый ретровирус способен заражать только клетки строго определенной ткани. Размеры генов не должны быть слишком большими, иначе они не уместятся в вирусном капсиде. Вирус вставляет свои гены случайным образом в любом месте генома, часто гам, где эти гены не работают. Иммунная система организма, ведущая постоянную борьбу с болезнетворными вирусами, легко расправляется с «домашним» ретровирусом. Кроме того, в начале 1980-х годов были известны и изучены всего несколько генов человека. Даже если бы система работала, трудно было бы найти кандидата для генной терапии.

Однако к концу 1989 года генетика уже оставила за собой череду взятых рубежей: с помощью ретровируса удалось вставить в организм кролика ген обезьяны, переместить клонированный ген человека в клетки культуры ткани человека, а также вставить ген человека в мышь. Три амбициозных лысых экспериментатора, Френч Андерсон (William French Anderson), Майкл Близ (Michael Blaese) и Стивен Розенберг (Steven Rosenberg), решили, что пришло время переходить к экспериментам на людях. После долгой и упорной борьбы с американским федеральным правительственным Консультативным комитетом по рекомбинантным ДНК (Recombinant DNA Advisory Committee) они получили разрешение на проведение генетических экспериментов с добровольцами, у которых была последняя стадия онкологических заболеваний. Долгий спор выявил различия во взглядах между учеными и врачами. Академические ученые считали, что проводить сейчас подобные эксперименты — это преждевременный и неверный шаг. Для врачей, которые каждый день видят смерть больных от рака, недопустимым казалось промедление. «К чему такая спешка?» — спросили как-то Андерсона на одной из очередных встреч с правительственными чиновниками. «В этой стране каждую минуту умирает один человек больной раком. За 146 минут нашего заседания уже умерло 146 человек», — ответил он. Наконец, 20 мая 1989 года разрешение было получено. Через 2 дня Морису Кунцу (Maurice Kuntz), водителю трейлера, умирающему от меланомы, были введены новые модифицированные гены. Эти гены не были рассчитаны на борьбу с раком или на постоянное пребывание в теле больного. Просто маленький «довесок» к традиционной терапии рака. Клетки лимфоцитов, взятые у больного и натренированные в пробирках на поедание зловредных раковых клеток, вводятся опять в тело больного. В этот раз в лимфоциты был вставлен один бактериальный ген с единственной целью — проследить распределение и время жизни лимфоцитов в теле больного. Кунц умер, никаких ошеломляющих результатов не было получено, но было положено начало генной терапии.

В 1990 году Андерсон и Близ вновь обратились в Комитет, имея еще более амбициозный проект. В этот раз гены действительно должны были играть роль лекарства, а не только маркеров. Для эксперимента выбрали редкое генетическое заболевание — острый комбинированный иммунодефицит (SCID — severe combined immune deficiency). Генетический дефект ведет к быстрой гибели всех лимфоцитов и к смерти больного ребенка от инфекций. Если не содержать такого ребенка в изолированной стерильной капсуле и не провести трансплантацию костного мозга от чудом нашедшегося подходящего донора, жизнь больного ребенка будет недолгой. Болезнь возникает из-за мутации в гене ADA на хромосоме 20.

Андерсон и Близ предложили использовать лейкоциты из крови больного ребенка — заразить их ретровирусом с нормальным геном ADA и ввести в кровь ребенка. Предложение вновь оказалось под градом критики, но уже с другой стороны. К 1990 году уже был предложен иной метод лечения болезни, называемый PEG-ADA. Этот метод состоял в том, что в кровь больного вводится не ген ADA, а сам белок, полученный из организма коровы. Так же, как диабет (инъекции инсулина) или гемофилию (инъекции коагулирующего фактора), болезнь SCID можно было лечить инъекциями белка PEG-ADA. Зачем в таком случае прибегать к генной терапии?

Любая появившаяся новая технология кажется совершенно неконкурентоспособной. Первые железные дороги были гораздо дороже речных путей сообщения и весьма ненадежны. Только после длительного совершенствования и оттачивания новых технологий удается привести их по цене и эффективности хотя бы к соответствию старым технологиям. То же происходило и с генной терапией. Белковая терапия казалась более надежной и проверенной на практике, хотя ее очевидным недостатком были ежемесячные инъекции дорогостоящего препарата, которые нужно было продолжать в течение всей жизни. Если бы генетический подход удался, то, выполнив одну процедуру, можно было бы снабдить организм геном, который необходим для его нормального функционирования.

В сентябре 1990 года Андерсон и Близ ввели в кровь трехлетней Ашанти Де Сильва (Ashanthi DeSilva) клетки крови, снабженные генетически модифицированным геном ADA. Операция оказалась успешной. Число лейкоцитов в крови утроилось, существенно повысилось содержание иммуноглобулинов, и концентрация белка ADA в крови достигла четверти от нормы у обычных людей. Нельзя сказать, что благодаря генной терапии девочка полностью излечилась. Она продолжала принимать регулярный курс инъекций PEG-ADA. Но стало ясно, что генная терапия работает. На сегодняшний день каждый четвертый ребенок с синдромом SCID получил курс генной терапии. Ни в одном случае не удалось полностью отказаться от инъекций PEG-ADA, но существенно снизились побочные эффекты от лекарственной терапии.

Очень скоро список генетических заболеваний, поддающихся лечению методами генетической терапии, пополнился другими болезнями, включая семейную гиперхолестеринемию, гемофилию и муковисцидоз. Но, несомненно, основной целью был рак. В 1992 году Кеннет Калвер (Kenneth Culver) предпринял дерзкий эксперимент, в котором снабженные генами ретровирусы были введены непосредственно в тело человека. (До этого времени ретровирусами обрабатывали только культуры клеток, которые затем вводили в организм.) Ретровирусы были введены 20 пациентам прямо в мозговую опухоль. Не правда ли, звучит устрашающе, особенно если говорить о ретровирусах. Но подождите, вы еще не узнали, какими генами были снабжены ретровирусы. Каждый содержал ген, позаимствованный от вируса герпеса человека. После этого доктор Калвер предписал пациентам курс лекарств против герпеса. Лекарства, нацеленные на белки вируса герпеса, атаковали раковые клетки. Положительный эффект был отмечен только у одного из пяти пациентов. Не панацея, но результат обнадеживает.

Пока что генная терапия переживает свое детство. Когда-нибудь она станет такой же привычной операцией, какой сейчас является пересадка сердца. Пока еще трудно предугадать, какое из направлений борьбы с раком — использование препаратов, препятствующих ангиогенезу, противотеламеразных препаратов, белка p53 или методы генной инженерии — окажется наиболее успешным. Но никогда еще у ученых не было такого оптимизма относительно возможности победить рак. И этот оптимизм опирается почти исключительно на последние открытия в генетике.

Перспективность соматической генной терапии уже не вызывает сомнений. Опасения, конечно, остались, но по крайней мере никого уже не смущает этическая сторона вопроса. Это всего лишь еще один вид терапии. Никто, кому довелось иметь родственников или друзей, прошедших курс противораковой химиотерапии, не станет философствовать на отвлеченные темы этичности генетических манипуляций, если это даст возможность заменить химиотерапию на менее болезненные методы лечения. Основная угроза сейчас видится в том, что новые гены могут попасть в половые клетки и передаться следующим поколениям. Тем более, что манипулировать генами половых клеток человека, на что наложено строжайшее табу, намного проще, чем изменять геном соматических клеток. Именно создание с помощью генной инженерии новых сортов растений и пород животных, у которых новые признаки закреплены наследственно, вызвало волну протестов в 1990-х годах против, согласно терминологии протестующих, «технологий Франкенштейна».

Причин того, что генная инженерия растений особенно быстро набирала обороты, было несколько. Во-первых, коммерческая заинтересованность— на новые эффективные сорта сельскохозяйственных растений всегда был высокий спрос. В древние времена с помощью примитивной селекции наши далекие предки превратили дикие малопродуктивные растения в культурные сорта пшеницы, риса и кукурузы. Добились они этого исключительно путем манипулирования генами растений, хотя в те времена этого никто не знал. Уже в наши дни теми же методами селекции удалось повысить суммарную урожайность сельскохозяйственных угодий на 20% в перерасчете на душу населения земного шара, несмотря на стремительный рост народонаселения. В основе «зеленой революции» также лежит генетическая модификация растений, но делалось это все вслепую. Насколько лучших результатов можно достичь благодаря целенаправленной, точечной манипуляции генов?

Вторая причина успехов генной инженерии растений заключалась в простоте, с которой можно клонировать и размножать растения. Нельзя отрезать кусочек хвоста мыши и вырастить из него новую мышь. С растениями же это удается проделывать очень просто. И, наконец, третьей причиной было случайное обнаружение необычной способности бактерии Agrobacterium заражать растения своим маленьким кольцевым фрагментом ДНК, называемым Ti-плазмидой. Попав в клетку, эта плазмида встраивает себя в хромосому растения. Данная бактерия оказалась готовым природным вектором для переноса генов в растения. Исследователи растирали листья растений до клеточной массы, заражали клетки бактерией, а затем выращивали из клеток в культуре тканей новые генетически модифицированные растения. Таким способом в 1983 году впервые был получен генетически модифицированный табак, потом петуния, а затем хлопок.

Для злаковых, устойчивых к Agrobacterium, пришлось разработать более сложный метод. Образно говоря, производилась инъекция генов непосредственно в клетки растения, прикрепленные к микроскопическим крупинкам золота, для чего использовались различные приспособления, как например, акселератор частиц. Этот метод сейчас стал стандартным для всех генетических манипуляций с растениями. С его помощью были получены устойчивые к гниению помидоры, устойчивый к долгоносику (Anthonomus grandis) хлопок, устойчивый к колорадскому жуку картофель, устойчивую к мотыльку (Ostrinia nubilalis) кукурузу и много других генетически модифицированных растений.

Переход от экспериментов с генетически модифицированными растениями к реальному использованию не всегда проходил гладко. Иногда гены в полевых условиях отказывались работать. Так, в 1996 году хлопковый долгоносик уничтожил посевы генетически модифицированного хлопка, который должен был быть устойчивым к этому вредителю. Иногда посевы уничтожали сторонники воинствующих экологических организаций. Но ни разу выращивание подобных растений не принесло ущерба людям или окружающей среде. Особо острая полемика относительно безопасности генетической модификации растений велась в Европе. В частности, в Англии, где репутация организаций, отвечающих за безопасность продуктов питания, уже была подмочена эпидемией «коровьего бешенства», генетически модифицированные растения попали под запрет, хотя в США их использование в конце 1990-х годов стало уже повсеместной практикой. Масло в огонь подлили события вокруг компании Monsanto, которая занялась разработкой растений, устойчивых к их собственному гербициду сплошного действия «Раундап». Это позволяло фермерам использовать «Раундап» для борьбы с сорняками на полях, засеянных генетически модифицированными сельскохозяйственными растениями. Такая комбинация «противоестественных манипуляций над природой» с расширением применения гербицидов в сочетании с ростом доходов транснациональной корпорации довела «зеленых» до точки кипения. Экотеррористы по всей Европе стали уничтожать посадки генетически модифицированного рапса и устраивать шествия в костюмах Франкенштейна. Борьба с распространением подобных растений и продуктов из них стала одним из трех основных направлений активности Greenpeace.

Журналисты быстро подхватили горячую тему и поляризовали ее до крайности с помощью многочисленных ток-шоу, где неподготовленным зрителям предлагалось ответить на вопрос: «Вы против генной инженерии или хотите жить среди монстров?». Из-за вмешательства прессы и телевидения вынужден был подать в отставку ученый, занимающийся моделированием генетически модифицированного картофеля. (Позже этот ученый стал одним из организаторов Friends of the Earth.) Вышла в свет научная публикация о том, что картофель, содержащий ген белка лектина, токсичен для лабораторных крыс. За научной публикацией последовала истеричная телепередача на тему токсичности генетически модифицированных растений для всего живого. Журналисты не уловили сути научной проблемы. В статье шла речь о токсичности лектинов, а не об опасности генной инженерии. Добавление мышьяка в котел делает пищу ядовитой, но это не значит, что готовка пищи в котле опасна для здоровья.

Генетическая инженерия настолько безопасна, насколько безопасны гены, с которыми манипулируют ученые. Одни гены безопасны, другие опасны. Одни экологически «зеленые», другие токсичные. Устойчивый к «Раундапу» рапс может представлять косвенную экологическую опасность, поскольку его выращивание поощряет широкое использование химических гербицидов. Кроме того, есть опасность, что ген устойчивости к гербициду передастся сорнякам. Напротив, устойчивый к колорадскому жуку картофель экологичен, поскольку позволяет отказаться от ядохимикатов и сократить применение техники и расход горючего для регулярной обработки растений. Противники использования генетически модифицированных растений в большей степени движимы неприятием новых технологий, чем любовью к экологии. Они упорно не хотят замечать результаты тысячи проведенных экспериментов, подтвердивших безопасность таких растений как для человека, так и для природы. Они пропускают мимо ушей отчеты о последних научных открытиях, свидетельствующие о том, что горизонтальный перенос генов между видами является обычным явлением не только для микроорганизмов, но и для животных с растениями. Поэтому в принципах, положенных в основу генной инженерии, нет ничего «противоестественного». Задолго до появления современных генетических методов селекционеры подвергали семена растений воздействию гамма-излучения, чтобы повысить частоту мутаций и отобрать образцы с новыми генетически закрепленными признаками. Борцы за экологию не хотят признавать, что генетическая модификация растений позволяет отказаться от повсеместного использования химических препаратов, обеспечивая естественную устойчивость растений к насекомым-вредителям и гнилостным бактериям. Кроме того, повышение урожайности само по себе экологично, поскольку ослабляет влияние антропогенных факторов на природу.

Политизация научных вопросов ведет к абсурдным решениям. В 1992 году одна из крупнейших в мире селекционных компаний Pioneer разработала генетически модифицированную сою, добавив в нее ген бразильского ореха. Цель заключалась в том, чтобы сделать бобы сои более полезными для тех людей, для которых соя является основным продуктом питания. Задача состояла в том, чтобы устранить в сое природный дефицит важной аминокислоты, метионина. Но вскоре стало известно, что у мизерного процента людей в мире бразильский орех вызывает аллергию. Специалисты компании Pioneer проверили генетически модифицированную сою и обнаружили, что она тоже может быть аллергеном. Научный доклад компании пробудил чиновников, которые немедленно запретили дальнейшие работы над проектом, несмотря на то, что расчеты показывали минимальную вероятность гибели человека от анафилактического шока, тогда как сотни тысяч людей были бы спасены от проблем, связанных с несбалансированным питанием. Эта история, вместо того чтобы стать примером чрезмерной активности бюрократов, была растиражирована «борцами за экологическую чистоту» как пример потенциальной опасности генетической модификации растений.

Несмотря на то что многочисленные научные проекты попали под запрет чиновников, в 2000 году в США более 50% урожая было получено от генетически модифицированных растений. Неизвестно — к счастью или к несчастью, но генная инженерия стала повседневной практикой.

В генетической модификации животных тоже наметился прогресс. Сейчас добавить ген в организм животного, так чтобы он наследовался в следующих поколениях, стало почти настолько же просто, как модифицировать геном растения. Для этого нужно выделить необходимый ген; поместить его в носик очень тонкой пипетки; под микроскопом проткнуть яйцеклетку мыши, извлеченную в течение 12 часов после оплодотворения; нацелить носик пипетки на одно из двух проядрышек и впрыснуть содержимое пипетки. Техника далека от совершенства. Только у 5% мышат нужный ген окажется включенным, а у других животных, таких как коровы, процент успеха еще ниже. Но у 5% генетически модифицированных мышат новый ген окажется встроенным в одну из хромосом.

Генетически модифицированные мыши для ученых — все равно что золотой песок для старателей. Методом генетической модификации мышей исследователи просеивают гены и пытаются разобраться, для какой цели служит тот или иной ген. Новый ген можно взять не только от другой мыши, но практически от любого организма. В отличие от компьютеров, для которых необходимо конкретное программное обеспечение, любой ген можно запустить на воспроизведение в любом организме. Так, было обнаружено, что линию мышей с высокой частотой появления раковых опухолей можно вернуть к норме, если добавить в геном мыши хромосому 18 из генома человека. Это открытие было первым доказательством того, что на хромосоме 18 сконцентрированы многие гены-супрессоры. Теперь осталось профильтровать гены хромосомы 18 на мышах, чтобы определить, какие именно гены ответственны за устойчивость к онкологическим заболеваниям.

Микроинъекции генетического материала позволили ученым разработать новый, более совершенный метод генетических модификаций, с помощью которого можно точечно изменять отдельные гены. Для такой генетической модификации часто используются стволовые клетки трехдневных эмбрионов. В 1988 году Марио Капекки (Mario Capecchi) обнаружил, что если добавить в такую клетку измененный ген, то он будет встроен в хромосому по месту нахождения копии этого гена, заменив собой тот ген, который был на хромосоме. Капекки брал нормальный онкоген мыши int-2 и добавлял его методом электропорации в стволовую клетку, взятую от мыши с дефектным онкогеном. Затем ученый определял, заменит ли нормальный ген своего дефектного двойника на хромосоме. Этот метод называется «гомологической рекомбинацией». В методе используются естественные механизмы репарации поврежденной ДНК. Когда репаративные белки обнаруживают дефект на хромосоме, они используют в качестве шаблона аналогичный ген на другой хромосоме и заменяют дефектный ген нормальной копией. Если в ядро добавляются фрагменты ДНК с измененной версией гена, то репаративные белки по ошибке воспринимают их как шаблоны и копируют в соответствующие позиции на хромосомах. Генетически измененная стволовая клетка затем вновь помещается в эмбрион. В результате получается «химерный» организм, в котором часть клеток содержат измененный ген.

Метод гомологической рекомбинации позволяет ученым не только восстанавливать поврежденные гены, но и выполнять противоположную задачу: целенаправленно разрушать гены, добавив в ядро дефектную версию гена. В результате получаются так называемые генетически нокаутированные мыши, в которых разрушен только определенный ген, что дает возможность определить его природное назначение. Так, роль генов в формировании памяти (см. главу 17) была установлена почти исключительно с помощью «нокаутированных» мышей.

Генетически модифицированные животные представляют интерес не только для ученых. Нашлось практическое применение для «модернизированных» овец, коров, свиней и кур. В геном овцы был добавлен ген коагулирующего фактора человека в надежде на то, что белок будет накапливаться в молоке и с его помощью можно будет лечить больных гемофилией. (Клонированная овца Долли, наделавшая в 1997 году много шума во всем мире, была получена этой группой ученных почти случайно, когда они занимались генетической модификацией яйцеклеток.) Исследователи из Квебека выделили из паука ген белка паутины и внедрили его в яйцеклетку козы с целью получить генетически модифицированное животное с шелковой нитью прямо в молоке. Другая компания нацелила свои исследования на генетическую модификацию кур в надежде превратить курицу в биофабрику, несущую яйца с белковыми добавками, полезными как для кулинарии, так и для фармацевтики. Даже если эти фантастические проекты постигнет неудача, нет сомнений в том, что со временем в области генетической модификации животных удастся достичь таких же успехов, как и с генетически модифицированными растениями, т. е. мясные породы скота будут давать больше мяса, молочные породы — больше молока, а куры — супердиетические яйца.

Методы генной инженерии становятся все проще и надежнее. Нет сейчас никаких технических трудностей, которые не позволили бы высококвалифицированной группе специалистов провести генетическое моделирование человека. Через несколько лет, наверное, будет возможно взять любую клетку организма, вставить в нее новый ген в определенном месте на хромосоме, затем извлечь ядро клетки и заменить им ядро яйцеклетки. Из яйцеклетки можно будет вырастить человека, являющегося точной трансгенной копией своего предшественника. Например, в клоне будут все гены, кроме того, который вызвал раннее облысение. Можно клонировать стволовые клетки и вырастить из них новую печень вместо той, что стала жертвой горячительных напитков. Можно будет в лабораторных условиях вырастить нейроны человека и испытывать на них новые лекарства, сохранив жизнь множеству лабораторных животных. Может, кто-то на старости лет захочет вырастить себе наследника и спокойно почить с радостной мыслью, что часть его плоти и крови продолжает жить.

С открытием стволовых клеток человека все это стало технически возможным, но насколько это этично? Ваш геном принадлежит только вам. Никакое правительство не сможет его национализировать, и никакая компания не сможет его купить. Но дает ли это вам право помещать свой геном в другого индивидуума? Ведь клон, выращенный из вашей клетки, продолжит свою индивидуальную жизнь. Посягательство на печень или почки своего клона станет обычным убийством. Человечество не готово сейчас к поиску ответов на такие вопросы, поэтому на все эксперименты по клонированию или генетическому модифицированию человека наложен строгий запрет. Под строгим контролем также находятся исследования стволовых клеток, получаемых из эмбрионов. Эта область исследований открывает широкое поле деятельности для мошенников и врачей-преступников. Ужасающие последствия клонирования людей стали темой многих фильмов ужасов, что вселяет в людей неприятие самой возможности манипулирования с геномом человека. Большинство людей против клонирования. Но вряд ли по этому вопросу когда-то будет проведен мировой референдум. Чтобы клоны людей стали реальностью, достаточно желаний и денег немногих людей. Собственно, так и произошло с суррогатными матерями и детьми из пробирок. Никто никогда не давал одобрения на внедрение подобной практики. Человечество просто было поставлено перед фактом, и ему пришлось удовлетвориться тем позитивным моментом, что бесплодные женщины обрели счастье материнства.

Более того, генная инженерия — это не единственное решение всех проблем. Например, дефект гена-супрессора на хромосоме 18 ведет к повышению вероятности раковых заболеваний, но противостоять этому можно не только генетическими методами. Гораздо более простое и доступное решение лежит под руками. Новые исследования показали, что рак кишечника успешно предотвращают аспирин и неочищенные бананы. С генетическими заболеваниями можно бороться не только генетическими методами. Наиболее перспективным путем развития медицины представляется совершенствование методов ранней генетической диагностики, за которым следует обычное медикаментозное лечение.