Наука получила доступ к безграничным возможностям перестройки организмов

National GeographicНаука

Скальпель для генов: как взломать код жизни

Последние достижения науки открыли человеку доступ к святая святых – к «коду жизни», или ДНК, обеспечив практически безграничные возможности для перестройки любого живого организма. Готовы ли мы принять такой дар от ученых?

Майкл Спектер

b19aaf59971f4a13aa87ff9772066e52.max-2000x1000.jpg
Малышка Калла Вандербер появилась на свет в Inova Women’s Hospital в Фолс-Черче (Виргиния). Врачи возьмут у нее на анализ семь генов, отвечающих за усвоение определенных лекарств, – такие исследования здесь проводят для всех новорожденных. В будущем доктора смогут подбирать лекарства на основании генетического профиля человека. Фото: Грег Жирард

Окинув беглым взглядом офис Энтони Джеймса, нетрудно догадаться, чем он занимается, – все стены завешаны изображениями комаров, а полки уставлены книгами об этих насекомых.

Над рабочим столом красуется плакат, на котором наглядно представлены все стадии развития комара Aedes aegypti: вылупление личинки из яйца, ее последующее окукливание и превращение во взрослую особь. Масштаб изображения заставит содрогнуться даже заядлых любителей триллеров о кровожадных насекомых-гигантах. На номерном знаке машины Энтони тоже гордо отштамповано непонятное непосвященным сочетание букв – AEDES.

«Три десятка лет я буквально помешан на комарах», – рассказывает Энтони Джеймс, молекулярный генетик из Калифорнийского университета (Ирвайн). В природе встречается около 3,5 тысячи видов настоящих комаров, но Энтони интересуют лишь самые смертоносные из них. Один из ярких примеров – малярийный комар Anopheles gambiae – переносчик болезни, ежегодно уносящей жизни сотен тысяч человек.

66b05664c2bc43a9a92a23a0d1541832.max-2000x1000.jpg
Чжоу Инь из лаборатории Университета Юньнани в Куньмине, изучающий приматов, показывает молодого яванского макака, выращенного из эмбриона, который был модифицирован по CRISPR-технологии. Ученые уже отредактировали геномы представителей десятков различных видов – от кур и коров, грибов и пшеницы до сомов и декоративных карпов кои, – чтобы наделить их носителей требуемыми признаками. На очереди множество других видов. Фото: Грег Жирард


Биогеографы полагают, что эти комары попали в Америку из Африки на кораблях работорговцев в XVII веке и принесли с собой желтую лихорадку, от которой в те времена в Новом Свете погибли миллионы людей. В наши дни эти насекомые стали переносчиками еще и лихорадки денге, которой ежегодно заражаются около 400 миллионов человек, вирусов чикунгунья, Западного Нила и Зика. (Последний разбушевался в 2015 году в Бразилии и Пуэрто-Рико, что привело к вспышке целого ряда заболеваний нервной системы. В их числе и довольно редкий недуг – микроцефалия: дети рождаются с непропорционально маленькой головой и недоразвитым мозгом.)

9bb0564a0d974c32b8db421f8f9452b0.max-2000x1000.jpg
При помощи CRISPR-технологии Энтони отредактировал геном особи справа так, что взрослый комар уже не сможет распространять паразитов. Флуоресцентные белковые маркеры подтверждают: операция прошла успешно. Если теперь выпустить «отредактированных» насекомых в естественную среду, их потомки постепенно вытеснят обычных разносчиков заразы. Но до практических действий дело пока не дошло.
e16f80eee61e4aaeb30dd60f07ac13a9.max-2000x1000.jpg
Личинки комара из лаборатории Энтони Джеймса в Калифорнийском университете (Ирвайн) демонстрируют, как можно избавиться от малярии раз и навсегда. Обе они принадлежат виду Anopheles stephensi, основному распространителю малярийного плазмодия в азиатских городах.

Основная цель, которую ставит перед собой группа Энтони, – подобрать ключ к геному комаров и сделать так, чтобы те не смогли распространять опасные болезни. До недавних пор его команда продвигалась по тернистому пути теоретических исследований практически одна. Все изменилось с появлением новой революционной технологии – CRISPR/Cas9: изыскания Энтони наконец обрели практическую основу.

CRISPR/Cas9 – две составляющие генной системы бактерий, отвечающие за иммунитет этих мельчайших существ. Первая представляет собой расположенные регулярными группами короткие палиндромные повторы ДНК (по-английски, cluster regularly interspaced short palindromic repits, или сокращенно CRISPR), между которыми сидят спейсеры (буквально: «разделители»).

Спейсеры, по сути, представляют собой участки генов вирусов и выполняют роль своего рода картотеки генетических «отпечатков пальцев» этих главных врагов бактерий. А Cas9 – белок, который с помощью направляющей РНК – копии того или иного спейсера – сверяет фрагменты вирусной ДНК, уже имеющиеся в «картотеке», с инородными молекулами, оказавшимися в клетке. И, если совпадение обнаружено, разрезает ДНК пытавшегося внедриться в клетку вируса, лишая его возможности размножаться.

Оказалось, что Cas9 можно приспособить для работы с любой направляющей РНК, а значит, этот белок можно нацелить на разрезание любой последовательности ДНК, являющейся аналогом этой РНК. Когда разрез в заданной части ДНК произведен, остается лишь вставить в зазор нужный ген (а можно ничего нового не вставлять, достаточно удалить ненужное старое). Дальше все делает сама клетка (причем не только бактериальная!): для нее устранение подобных разрывов – рутинная работа.

Овладев оружием бактерий против вирусов, генетики научились быстро и точно изменять ДНК любого живого организма на планете, и человек не стал исключением. По сути, CRISPR-технология – это скальпель в руках генетика, более острый и более безопасный, чем стальной скальпель хирурга. С помощью нового метода генной инженерии специалисты могут исправить некоторые генетические недуги – отредактировать мутации, приводящие к дистрофии мышц, кистозному фиброзу, даже победить одну из форм гепатита. Недавно несколько групп ученых попробовали использовать новый метод, чтобы «вырезать» гены вируса иммунодефицита (ВИЧ), встроившиеся в хромосомы человеческих клеток – лимфоцитов. Пока рано говорить о новом чудо-средстве от СПИДа, но, по убеждению многих специалистов, оно будет найдено именно благодаря CRISPR-технологии.

Еще одно направление активных поисков – борьба с вирусами свиней, из-за которых до сих пор не удается поставить на поток пересадку органов от животных к человеку. Пытаются найти применение CRISPR-технологии и для защиты видов, находящихся под угрозой исчезновения. Начали проводить эксперименты и по удалению генов из ДНК культурных растений, чтобы отвадить от них насекомых-вредителей. Если этого удастся добиться, человечество перестанет всецело полагаться на ядовитые пестициды.

Ни одно из научных открытий прошлого века не сулило стольких благ – но и не поднимало такого множества этических проблем. К примеру, можно ли редактировать половые клетки? Ведь они содержат генетический материал, передающийся следующим поколениям – детям, внукам и правнукам генетически модифицированных особей – и так до бесконечности. Неважно, какими намерениями при этом будут руководствоваться генетики – желанием ли исправить врожденный недуг, стремлением ли усилить какое-то полезное свойство, – но кто возьмет на себя смелость предсказать все последствия от вмешательства в сами основы жизни?

cbba5c565dc64fa9878c8dcd8820c294.max-2000x1000.jpg
Генные инженеры ввели в ДНК семги гены чавычи и американской бельдюги, – и в результате вывели породу AquaAdvantage, которая достигает товарного размера в два раза быстрее диких собратьев. Вдобавок, она меньше ест и лучше выживает в закрытых водоемах поблизости от городов, что позволит сократить расходы на транспортировку, а также риски на «побег» в естественную среду. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США подтвердило безопасность употребления новой породы в пищу, но недоверие к трансгенным продуктам в обществе пока не ослабевает. Фото: Грег Жирард


«Если кто-то вдруг отважится на преобразование половых клеток, он должен трижды подумать, – размышляет Эрик Ландер, директор Кембриджского института имени Броуда, возглавлявший нашумевший не так давно проект “Геном человека”. – И пока этот смельчак не докажет широкой общественности, что для подобного вмешательства в природу человека есть веские основания, а общество не примет его доказательства, ни о каком глубоком изменении генома и речи быть не может. Однако ученым еще не удалось найти ответы на многие этические вопросы. И я не знаю, кто и когда сможет их дать».

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

50 лет прогресса. 50 лет упадка 50 лет прогресса. 50 лет упадка

Как изменилась Земля за 50 лет

National Geographic
Как вирусы взламывают наши клетки Как вирусы взламывают наши клетки

Настоящий вирус, как и компьютерный, — не более чем программный код

Популярная механика
Виражи судьбы Виражи судьбы

О судьбе Владимира Киселёва — парадоксальной, динамичной, успешной

OK!
Как два эмигранта из СССР построили в США бизнес стоимостью $20 млрд Как два эмигранта из СССР построили в США бизнес стоимостью $20 млрд

Что позволило Владу Вендрову в этом году дебютировать в российском списке Forbes

Forbes
Право на обиду: почему ты никого не обязана прощать Право на обиду: почему ты никого не обязана прощать

Что за воду возят на обиженных?

Cosmopolitan
Домашний автосалон: как купить автомобиль в интернете Домашний автосалон: как купить автомобиль в интернете

Несколько вопросов, которые избавят от страха покупки машины в интернете

РБК
Планета ждет перемен? Планета ждет перемен?

Что и как изменится после пандемии

Лиза
Предки современных крокодилов подражали китам, чтобы доминировать в морской среде Предки современных крокодилов подражали китам, чтобы доминировать в морской среде

К такому выводу пришли, изучив внутреннее ухо древней рептилии

National Geographic
Карантин наедине с нарциссом: как это пережить Карантин наедине с нарциссом: как это пережить

Вынужденная самоизоляция оказалась непростым испытанием для многих семей

Psychologies
Третий лишний Третий лишний

Рассказ Ксении Букши, в котором на месте героя мог оказаться любой из нас

Esquire
Удар по креативному классу: почему пандемия приведет к падению рейтингов власти Удар по креативному классу: почему пандемия приведет к падению рейтингов власти

Нынешний кризис неминуемо вызовет снижение поддержки власти

Forbes
Растения предотвратили дисбиоз в своих листьях Растения предотвратили дисбиоз в своих листьях

У растений существует иммунный механизм защиты от протеобактерий

N+1
Что нам мешает обратиться к психотерапевту Что нам мешает обратиться к психотерапевту

Перечень нелепых предубеждений, которые оттягивают наш поход к психотерапевту

Psychologies
Как любовь родителей влияет на здоровье детей? Как любовь родителей влияет на здоровье детей?

Любовь и нежность положительно влияют на детское здоровье

Psychologies
Какие автомобильные стекла ждут нас в будущем? Какие автомобильные стекла ждут нас в будущем?

Пользователи смогут изменять параметры стекол с помощью сенсорного управления

Популярная механика
Всадники банковского апокалипсиса: какой будет отрасль после окончания кризиса Всадники банковского апокалипсиса: какой будет отрасль после окончания кризиса

Кризис не внесет новых тенденций в банковские технологии, но подтолкнет развитие

Forbes
Убийца, который ходит сам по себе: самые опасные породы кошек Убийца, который ходит сам по себе: самые опасные породы кошек

Далеко не все породы кошек могут быть безопасны для своих хозяев

Популярная механика
Когда дом равен работе: как заработать в самоизоляции Когда дом равен работе: как заработать в самоизоляции

Возможности заработка во время самоизоляции

Популярная механика
Лучше — не дома: что делать, если вы столкнулись с домашним насилием на карантине Лучше — не дома: что делать, если вы столкнулись с домашним насилием на карантине

Что делать, если вы обнаружили в своем партнере абьюзера?

Esquire
Жертвы обвала: шесть российских бизнесменов, которые покинули рейтинг Forbes в 2020 году Жертвы обвала: шесть российских бизнесменов, которые покинули рейтинг Forbes в 2020 году

Обвал на финансовых рынках отразился на участниках списка Forbes

Forbes
Илана: «Волшебных пилюль для похудения не бывает!» Илана: «Волшебных пилюль для похудения не бывает!»

Глядя на красавиц «из телевизора», мы думаем, что им всё дано от рождения

Худеем правильно
Кому в самоизоляции жить хорошо Кому в самоизоляции жить хорошо

О психогигиене вынужденного домоседства

Огонёк
Кристен Стюарт - 30: чем прославилась скандальная актриса из саги Кристен Стюарт - 30: чем прославилась скандальная актриса из саги

Кристен Стюарт часто идет против системы

Cosmopolitan
Бетельгейзе снова стала яркой Бетельгейзе снова стала яркой

Взрыва сверхновой в ближайшее время не предвидится

National Geographic
8 привычных продуктов, которые могут убить (а ты и не знал) 8 привычных продуктов, которые могут убить (а ты и не знал)

Продукты, от которых ты не ждал подвоха

Playboy
5 самых забавных научных иллюстраций: рыба в космосе и морж-супермен 5 самых забавных научных иллюстраций: рыба в космосе и морж-супермен

Некоторые научные концепции проще нарисовать, чем объяснить

Популярная механика
На чистом энтузиазме: как топ-менеджер Warner Brothers построила успешную карьеру в индустрии развлечений На чистом энтузиазме: как топ-менеджер Warner Brothers построила успешную карьеру в индустрии развлечений

Топ-менеджер Warner Brothers: как стать незаменимым специалистом в своем деле

Forbes
Чем вредит одиночество и как его избежать: 7 фактов Чем вредит одиночество и как его избежать: 7 фактов

До 20% населения Земли в той или иной степени страдают от одиночества

Популярная механика
12 значимых мужских показов, которые стоит пересмотреть 12 значимых мужских показов, которые стоит пересмотреть

Вспоминаем самые безумные, яркие и нашумевшие модные показы

GQ
Как правильно париться в бане с веником: подробное руководство Как правильно париться в бане с веником: подробное руководство

Баня — один из лучших способов привести себя в чувство

Playboy
Открыть в приложении