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.
