Читать онлайн «Геном». Страница 68

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 Азиломаре (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.

Компания Genentech, образованная в 1976 году, лидиру­ет в области генной инженерии, она занимается синтезом медицинских препаратов (инсулин и многие другие гор­моны, полученные с помощью бактерий). Cetus — ком­пания по разработке методов генетической диагностики. В этой компании был разработан наиболее широко ис­пользуемый в генетике метод полимеразной цепной ре­акции (ПЦР). Biogen — биотехнологическая компания по производству лекарств для лечения аутоиммунных забо­леваний и рака.

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 Сангера при Уэллком Траст (Wellcome Trust's Sanger Center), 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-секвени- рования» генома человека с параллельным коммерческим патентированием обнаруженных генов. Им противостояли академические круги Кембриджа под руководством Джона Салстона (John Sulston), финансируемые общественной организацией Уэллком Траст. Они предпочитали методы последовательного системного изучения генома и опро­тестовывали любые попытки коммерциализации проекта. Неизвестно, какая сторона возьмет верх.