Текст книги "Трещина в мироздании"

Крупный рогатый скот – не единственные животные, у которых наблюдается естественная гипертрофия мышц. У популярной голландской породы овец тексель, которая высоко ценится за нежирное мясо и очень мускулистое телосложение, тоже есть мутация в гене миостатина[129]129
  A. Clop et al., “A Mutation Creating a Potential Illegitimate microRNA Target Site in the Myostatin Gene Affects Muscularity in Sheep”, Nature Genetics 38 (2006): 813–818.


[Закрыть]. Отлично развитая мускулатура характерна и для уиппетов: эти небольшие собаки, происходящие от борзых, часто участвуют в собачьих бегах, поскольку они не только бегают быстрее любых других собак того же веса, но и быстрее всех набирают скорость. Для уиппетов разновидности “булли” характерна особенно широкая грудная клетка и массивная мускулатура ног и шеи; это вызвано отсутствием двух “букв” ДНК в гене миостатина. У остальных уиппетов есть нормальный ген миостатина, а у некоторых (гетерозиготных) имеется одновременно и нормальная, и мутантная копии двух родительских хромосом. Исследование Национальных институтов здравоохранения показало, что на самом деле наиболее быстрые среди уиппетов – гетерозиготы, так как у них есть “дополнительная” мускулатура, но не чрезмерная: нечто вроде генетической “золотой середины”[130]130
  D. S. Mosher et al., “A Mutation in the Myostatin Gene Increases Muscle Mass and Enhances Racing Performance in Heterozygote Dogs”, PLoS Genetics 3 (2007): e79.


[Закрыть].

У людей тоже бывает нечто подобное гипертрофии мышц. В 2004 году группа берлинских врачей опубликовала интересное исследование, в котором описывался чрезвычайно мускулистый от рождения мальчик с сильно набухшими мышцами бедер и предплечий[131]131
  M. Schuelke et al., “Myostatin Mutation Associated with Gross Muscle Hypertrophy in a Child”, New England Journal of Medicine 350 (2004): 2682–2688.


[Закрыть]. Ребенок и к четырехлетнему возрасту продолжал наращивать аномально выраженную мускулатуру и мог выполнять невероятные силовые трюки, например удерживать параллельно земле руки c трехкилограммовой гантелей в каждой. Учитывая, насколько его состояние напоминало гипертрофию мышц у коров и мышей и то, что в семье мальчика было необычно много очень сильных физически людей, ученые предположили, что его телосложение могло объясняться генетическими факторами. В ходе молекулярно-биологического исследования было обнаружено, что обе копии гена миостатина у ребенка содержат нокаутные мутации, а его мать, в прошлом профессиональная спортсменка, оказалась гетерозиготой с одной мутантной копией гена. Хотя подобная мышечная гипертрофиия у человека – чрезвычайно редкое явление, был зафиксирован по крайней мере еще один случай – в одной семье из Мичигана.

Животные со спонтанной и вызванной CRISPR гипертрофией мышц

Сегодня исследователи изучают вопрос, не может ли искусственная гипертрофия мыщц с помощью намеренного внесения мутаций (то есть стимуляция роста мышечной массы путем “выключения” гена миостатина) оказаться эффективным методом терапии при заболеваниях, истощающих мышечную ткань, – например, мышечной дистрофии. Некоторые авторы уже начали фантазировать на тему того, каким образом с помощью редактирования гена миостатина можно было бы сделать обычного человека сверхчеловечески сильным физически, – однако (об этом мы поговорим в следующих главах) я считаю, у подобного – не вызванного необходимостью – редактирования человеческого генома могут быть очень тяжелые последствия[132]132
  E. P. Zehr, “The Man of Steel, Myostatin, and Super Strength”, Scientific American, June 14, 2013.


[Закрыть].

В случае домашних животных (но не людей) есть причины использовать редактирование генома для создания новых разновидностей организмов с полезными признаками. К примеру, небольшие улучшения генома животных могут привести к существенному увеличению производства пищи для человека. Ученые уже задействовали технологии редактирования генома для получения новых пород коров, овец, свиней, коз и кроликов с гипертрофией мышц. Несложно представить, как это повлияет на питание людей, если эти породы станут доступны для фермеров. Увеличение объема постного мяса и небольшое содержание туловищного жира – это уже давно главнейшие задачи селекции в животноводстве. Известен пример, когда свиньи с отредактированным геномом содержали на 10 % больше постного мяса, чем их “неотредактированные” собратья; кроме того, у ГМ-свиней было гораздо меньше туловищного жира, а мясо было нежнее[133]133
  L. Qian et al., “Targeted Mutations in Myostatin by Zinc-Finger Nucleases Result in Double-Muscled Phenotype in Meishan Pigs”, Scientific Reports 5 (2015): 14435.


[Закрыть]. При этом питательная ценность мяса, а также процесс роста этих животных, их здоровье и необходимое количество корма остались прежними. Поскольку в исправленном свином геноме нет следов трансгенов, разработчики породы надеются, что к этим животным будут применяться те же нормативы, что, например, и к бельгийским голубым коровам, у которых мышечная гипертрофия развилась в результате спонтанных мутаций.

Так как благодаря CRISPR можно легко редактировать сразу несколько генов, то одновременно в организм можно ввести множество новых признаков. Например, китайские ученые, работая с козами, выбрали для изменения ген миостатина, а также ген ростового фактора, контролирующего длину волос. У людей спонтанные мутации в этом гене приводят к появлению очень длинных ресниц, а среди животных наблюдалась связь между такими мутациями и длиной волосяного покрова у кошек, собак и даже ослов. Ученые провели редактирование генома у кашемировых коз из провинции Шаньси, которых разводят и ради хорошего мяса, и ради их шерсти (из нее производится высококачественный кашемир)[134]134
  X. Wang et al., “Generation of Gene-Modified Goats Targeting MSTN and FGF5 via Zygote Injection of CRISPR/Cas9 System”, Scientific Reports 5 (2015): 13878.


[Закрыть]. Исследователи сделали инъекции 862 эмбрионам и внедрили 416 из них в матки коз-реципиенток; у 10 из 93 родившихся козлят были мутации в обоих генах. Эти улучшенные козы теперь могут дать начало новым породам, которые будут давать и больше мяса, и больше кашемира.

Другие ученые используют инструменты редактирования генома для влияния на размножение: кур меняют таким образом, чтобы рождались только самки (на яичных фермах цыплят-самцов обычно отбраковывают в течение дня после вылупления)[135]135
  S. Reardon, “Welcome to the CRISPR Zoo”, Nature News, March 9, 2016.


[Закрыть]; искусственно разводимую рыбу делают стерильной (так что она неспособна изменять генофонд диких популяций); а мясной скот “настраивают” таким образом, чтобы рождались только рентабельные самцы (телки наращивают мышечную массу из корма гораздо менее эффективно, чем бычки). Геномы крупного рогатого скота также меняют ради иммунитета против паразита, вызывающего сонную болезнь, а геномы свиней модифицируют так, чтобы на их откорм уходило меньше пищи[136]136
  A. Harmon, “Open Season Is Seen in Gene Editing of Animals”, New York Times, November 26, 2015.


[Закрыть]. В Австралии группа исследователей предпринимает попытки изменить куриный ген, кодирующий один из наиболее распространенных белков-аллергенов в куриных яйцах; и сходным образом хотят попробовать избавиться от аллергенов в коровьем молоке[137]137
  C. Whitelaw et al., “Genetically Engineering Milk”, Journal of Dairy Research 83 (2016): 3–11.


[Закрыть].

Редактировать геном животных можно и для того, чтобы они стали более здоровыми и устойчивыми к болезням. Это убедительно показали недавние опыты на свиньях: одну из самых распространенных болезней свиней вызывает вирус PRRSV (ВРРСС, вирус репродуктивно-респираторного синдрома свиней). Впервые его обнаружили в США в конце 1980-х годов, а затем он быстро распространился по Северной Америке, Европе и Азии. Вирус стоит американским производителям свинины более 500 миллионов долларов в год и снижает объемы производства на 15 %, при этом инфицированные животные тоже тяжело страдают от ряда симптомов: анорексии, лихорадки и сильных проблем с дыханием; у них повышается частота выкидышей и число мертворожденных поросят[138]138
  D. J. Holtkamp et al., “Assessment of the Economic Impact of Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus on United States Pork Producers”, Journal of Swine Health and Production 21 (2013): 72–84.


[Закрыть]. Вакцины от этой болезни пока не существует, и все, что остается, – добавлять животным в корм большие дозы антибиотиков, чтобы предотвратить вторичные бактериальные инфекции.

Ученые из Университета штата Миссури предположили, что вирус “взламывает” клетки свиней благодаря одному конкретному гену – CD163, и попытались создать устойчивых к вирусу животных, “выключив” проблемный ген (это похоже на смену замков в доме, когда вы знаете, что потенциальный взломщик уже украл ключи). Использовав CRISPR для создания свиней с нокаутированным проблемным геном, миссурийские исследователи затем отправили животных в Университет штата Канзас (вместе с неизмененными поросятами в качестве контрольной группы), чтобы проверить их восприимчивость к вирусу[139]139
  K. M. Whitworth et al., “Use of the CRISPR/Cas9 System to Produce Genetically Engineered Pigs from In Vitro-Derived Oocytes and Embryos”, Biology of Reproduction 91 (2014): 1–13.


[Закрыть]. В Канзасе животных подвергли воздействию примерно сотни тысяч вирусных частиц, при этом свиньи постоянно находились под наблюдением. Животные с отредактированными геномами оставались совершенно здоровыми, в их организмах не было ни следа вируса[140]140
  K. M. Whitworth et al., “Gene-Edited Pigs Are Protected from Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus”, Nature Biotechnology 34 (2016): 20–22.


[Закрыть].

Эта стратегия – избавление свиней от вирусов путем нокаутирования генов, которые использует этот вирус, – оказалась настолько эффективной, что ее уже осваивают другие исследователи, пытающиеся облегчить страдания животных и уменьшить количество брака в других отраслях мясной промышленности. К примеру, группа британских ученых одержала аналогичную победу над другим вирусом. Вызываемое им заболевание, африканская чума свиней (она же африканская лихорадка), поражает как диких, так и домашних свиней; как и ВРРСС, этот вирус очень заразен, и против него также нет вакцины. При этом вирус африканской лихорадки даже более смертоносен, и некоторые его разновидности вызывают почти стопроцентную гибель инфицированных (обычно это происходит из-за интенсивных кровоизлияний в первую же неделю после заражения)[141]141
  Center for Food Security and Public Health, “African Swine Fever”, www.cfsph.iastate.edu/Factsheets/pdfs/african_swine_fever.pdf.


[Закрыть]. К сожалению, заболевание приводит к массовой гибели животных и по другим причинам: когда вирус распространился по Восточной Европе, фермерам пришлось забивать свиней, в некоторых случаях целые стада, в отчаянной попытке остановить распространение болезни.

Заметив, что на африканские виды свиней, в том числе и на бородавочников, вирус не действует, британские ученые сумели выделить ген, который, по-видимому, объясняет удивительную устойчивость этих животных[142]142
  C. J. Palgrave et al., “Species-Specific Variation in RELA Underlies Differences in NF-κB Activity: A Potential Role in African Swine Fever Pathogenesis”, Journal of Virology 85 (2011): 6008–6014.


[Закрыть]. Варианты этого гена у бородавочников и у домашних свиней различаются лишь несколькими “буквами”, поэтому ученые просто отредактировали геном домашних свиней таким образом, чтобы он был таким же, как у бородавочников, но не меняли при этом никакие другие части генома[143]143
  S. G. Lillico et al., “Mammalian Interspecies Substitution of Immune Modulatory Alleles by Genome Editing”, Scientific Reports 6 (2016): 21645.


[Закрыть]. Время покажет, обладают ли отредактированные таким образом свиньи тем же иммунитетом, что и бородавочники (и, что, наверное, не менее важно, – сможет ли общественность принять новых генетически модифицированных животных). Исследователи, по крайней мере, уверены, что потребители не будут возражать против небольшого улучшения, которое сделает животных более здоровыми, – особенно если такое улучшение уже существует в природе[144]144
  H. Devlin, “Could These Piglets Become Britain’s First Commercially Viable GM Animals?”, Guardian, June 23, 2015.


[Закрыть].

Другие животные с отредактированным геномом, которые могут появиться в ближайшем будущем

Еще один пример редактирования генома крупного рогатого скота – достижение миннесотской компании Recombinetics, которой удалось генетически модифицировать коров таким образом, чтобы у них не росли рога. Цель этой работы – обойтись без жестокой (но весьма распространенной на европейских и американских молочных фермах) процедуры обезроживания (удаления рогов). Работа с рогатыми животными в замкнутом пространстве может быть опасна и для фермеров, и для самих коров. Обычно рога удаляют у еще молодых животных, выжигая роговые бугорки раскаленным железом, при этом повреждая соседние ткани и причиняя телятам значительную боль и стресс[145]145
  B. Graf and M. Senn, “Behavioural and Physiological Responses of Calves to Dehorning by Heat Cauterization with or Without Local Anaesthesia”, Applied Animal Behaviour Science 62 (1999): 153–171.


[Закрыть]. Только в США более тринадцати миллионов телят ежегодно подвергаются этой процедуре.

Впрочем, далеко не у всех коров есть рога. Коровы многих мясных пород – включая популярную абердин-ангусскую – от природы безрогие. В 2012 году группа немецких исследователей точно установила генетическую причину комолости: это сложная мутация, включающая делецию 10 “букв” ДНК и вставку 212 “букв” на хромосоме 1[146]146
  I. Medugorac et al., “Bovine Polledness – an Autosomal Dominant Trait with Allelic Heterogeneity”, PLoS ONE 7 (2012): e39477.


[Закрыть]. На основе этой информации ученые из Recombinetics использовали технику редактирования генома, чтобы воспроизвести это изменение в геноме быков первоклассной молочной породы, создав животных, хорошая наследственность которых, сформированная веками искусственного отбора на наиболее эффективное производство молока, в остальном не поменялась[147]147
  D. F. Carlson et al., “Production of Hornless Dairy Cattle from Genome-Edited Cell Lines”, Nature Biotechnology 34 (2016): 479–481.


[Закрыть]. Первые такие животные, два безрогих теленка Спотиджи и Бури, никогда не подвергнутся ужасной процедуре обезроживания[148]148
  K. Grens, “GM Calves Move to University”, Scientist, December 21, 2015.


[Закрыть].

Рано или поздно регулирующие государственные органы и потребители, определяющиеся со своим отношением к ГМ-животным, должны будут решить, что важнее – цель или средства, продукт или процесс, в результате которого он создается? Безрогих коров и быков можно вывести и путем традиционной селекции, но на это потребуются долгие годы. Редактирование генома попросту позволяет добиться тех же результатов гораздо быстрее. Если CRISPR и другие подобные технологии помогут нам обойтись без жестоких практик вроде обезроживания, снизить использование антибиотиков и защитить животных от смертельных инфекций, почему нам не использовать их?

Животноводы и работники пищевой промышленности – не единственные, кто занят редактированием генома животных. Этим занимаются и специалисты в области биологии и медицины, чья цель – улучшить жизнь людей, используя методы, протестированные на ГМ-животных (а в некоторых случаях и открытые в ходе изучения этих последних).

Эксперименты на животных жизненно необходимы для изучения заболеваний человека, проводят ли их для подтверждения генетических причин конкретных недугов, для тестирования потенциальных лекарств или оценки эффективности медицинского вмешательства, будь то хирургические методы или клеточная терапия. Необходимая отправная точка здесь – хорошая генетическая модель, то есть животное, по своим физическим и генетическим параметрам и состоянию максимально близкое к тому, что наблюдается у данной группы пациентов. CRISPR предлагает тут эффективный и простой подход.

С начала XX века главным модельным организмом для биологических и медицинских исследований служит домовая мышь (Mus musculus), у которой 99 % генов совпадают с человеческими. Вдобавок к тому, что мыши – наши близкие генетические родственники, у них есть и другие очевидные преимущества. У мышей и людей похожа физиология различных систем – иммунной, нервной, сердечно-сосудистой, опорно-двигательной и других. Мышей можно разводить в неволе, содержать их несложно и недорого, поскольку это небольшие, мирные и плодовитые животные. “Ускоренное” течение их жизни – один год жизни мыши приблизительно равен тридцати человеческим – означает, что весь их жизненный цикл можно пронаблюдать в лаборатории всего за несколько лет. И, что, возможно, наиболее важно, с помощью различных методов – из них CRISPR самый современный и самый мощный – над мышами можно проводить генетические манипуляции для моделирования множества болезней и состояний человека. Ежегодно по всему миру разводят и поставляют исследователям миллионы мышей, и существует свыше тридцати тысяч уникальных линий этих грызунов, используемых для изучения самых различных заболеваний – от рака и болезней сердца до слепоты и остеопороза[149]149
  N. Rosenthal and Steve Brown, “The Mouse Ascending: Perspectives for Human-Disease Models”, Nature Cell Biology 9 (2007): 993–999; www.findmice.org/repository.


[Закрыть].

Однако у использования мышей в качестве модельных организмов есть и некоторые ограничения, поскольку в случае многих человеческих недугов – к примеру, муковисцидоза, болезней Паркинсона и Альцгеймера, хореи Гентингтона – эти животные не проявляют основных симптомов или реагируют на потенциальные методы лечения нетипично. В результате появляется разрыв в последовательности “от исследования до пациента” (bench-to-bedside) – то есть в процессе, в ходе которого результаты научной работы в лаборатории становятся основой для новых способов лечения в клинике.

CRISPR сможет заполнить этот пробел, сделав моделирование заболеваний на других животных практически таким же доступным, как на мышах. Прогресс уже сегодня можно увидеть на примере нечеловекообразных приматов. Трансгенные обезьяны впервые были созданы в начале 2000-х, когда исследователи использовали вирусы для введения чужеродных генов в геномы животных, однако обезьян с отредактированным геномом не было до появления CRISPR. Лишь в начале 2014 года команда китайских ученых создала яванских макак с отредактированным геномом, введя CRISPR в эмбрионы на стадии одной клетки – подобный метод был опробован на мышах годом ранее[150]150
  B. Shen et al., “Generation of Gene-Modified Cynomolgus Monkey via Cas9/RNA-Mediated Gene Targeting in One-Cell Embryos”, Cell 156 (2014): 836–843.


[Закрыть]. В этом исследовании ученые запрограммировали CRISPR таким образом, чтобы его мишенями были одновременно два гена: один – связанный с синдромом тяжелого комбинированного иммунодефицита (ТКИД) у человека, а другой – связанный с ожирением (оба они очевидным образом влияют на наше здоровье). Позже другие ученые создали яванских макак с измененным геном, мутации в котором наблюдаются примерно при 50 % разновидностей рака у человека[151]151
  H. Wan et al., “One-Step Generation of p53 Gene Biallelic Mutant Cynomolgus Monkey via the CRISPR/Cas System”, Cell Research 25 (2015): 258–261.


[Закрыть], а также макак-резусов с мутациями, вызывающими миодистрофию Дюшенна[152]152
  Y. Chen et al., “Functional Disruption of the Dystrophin Gene in Rhesus Monkey Using CRISPR/Cas9”, Human Molecular Genetics 24 (2015): 3764–3774.


[Закрыть]. Редактирование генома также используется для работы с генами, связанными с болезнями нервной системы[153]153
  Z. Tu et al., “CRISPR/Cas9: A Powerful Genetic Engineering Tool for Establishing Large Animal Models of Neurodegenerative Diseases”, Molecular Neurodegeneration 10 (2015): 35–42; Z. Liu et al., “Generation of a Monkey with MECP2 Mutations by TALEN-Based Gene Targeting”, Neuroscience Bulletin 30 (2014): 381–386.


[Закрыть], при этом у обезьян в качестве модельных организмов есть уникальное преимущество: лишь на них можно изучать поведенческие и когнитивные отклонения, встречающиеся у людей.

В некотором смысле я чувствую себя неуютно, думая о подобном использовании обезьян, однако я также осознаю, насколько важно разрабатывать методы устранения симптомов и лечения человеческих болезней для облегчения наших страданий. Обезьяны с отредактированным геномом могут служить надежной заменой для пациентов-людей, позволяя ученым искать способы излечения, не подвергая риску человеческие жизни.

Свиньи благодаря CRISPR также стали популярными животными для моделирования болезней человека. Анатомия свиней близка к человеческой, эти животные быстро растут, и у них большой размер помета. Я считаю, что при условии выработки хороших методических указаний использование сельскохозяйственных животных для биомедицинских исследований более приемлемо, чем использование животных-компаньонов (“домашних питомцев”), таких как приматы. На самом деле свиней с отредактированным геномом уже использовали в качестве модельных организмов для изучения дефектов пигментации, различных вариантов тугоухости, болезни Паркинсона и иммунологических нарушений, и этот список продолжает расти.

Некоторые ученые рассматривают свиней также в качестве потенциального источника лекарств. В скором времени мы, возможно, будем использовать свиней в качестве биореакторов для выработки ценных препаратов, например терапевтических белков человека, которые слишком сложны для синтеза с нуля и могут вырабатываться только в живых клетках. Ученые уже думали над тем, какие еще трансгенные животные могут производить такие биофармацевтические препараты. Первый такой препарат, одобренный FDA, – антикоагулянт под названием антитромбин, и его получают из молока генетически модифицированных коз. Другой разрешенный агентством препарат выделяется из молока трансгенных кроликов, а в 2015 году FDA дало зеленый свет белковому лекарству, добываемому очисткой белков из яиц трансгенных кур[154]154
  C. Sheridan, “FDA Approves ‘Farmaceutical’ Drug from Transgenic Chickens”, Nature Biotechnology 34 (2016): 117–119.


[Закрыть].

Получение подобных препаратов из трансгенных животных, а не из культур клеток обладает рядом преимуществ[155]155
  L. R. Bertolini et al., “The Transgenic Animal Platform for Biopharmaceutical Production”, Transgenic Research 25 (2016): 329–343.


[Закрыть]: большее количество продукта, более простое масштабирование производства и меньшие затраты. CRISPR гарантирует дальнейшее совершенствование производства фармпрепаратов, прежде всего обеспечивая ученым гораздо лучший контроль над созданием трансгенных животных. К примеру, опыты на свиньях показали, что CRISPR позволяет безошибочно заменить гены свиньи человеческими, что позволяет эффективнее выделять терапевтические белки, кодируемые этими генами[156]156
  J. Peng et al., “Production of Human Albumin in Pigs Through CRISPR/Cas9-Mediated Knockin of Human cDNA into Swine Albumin Locus in the Zygotes”, Scientific Reports 5 (2015): 16705.


[Закрыть]. Если принять во внимание, что многие из самых продаваемых в мире фармпрепаратов основаны на белках, то огромный потенциал использования редактирования генома в этой области медицины становится очевидным.

Некоторые ученые надеются, что свиньи могут предоставить медицине даже больше: обильный возобновляемый источник целых органов для ксенотрансплантации. Это не новая идея; ученые уже долгое время рассматривают свиней в качестве кандидатов на роль такого источника по тем же причинам, по которым их используют для моделирования болезней, – их легко разводить, они быстро размножаются, а их органы по размеру чрезвычайно близки к человеческим. Однако эту мечту вряд ли удастся осуществить в ближайшее время. В нашем теле работает целый массив защитных иммунных механизмов, и поэтому отторжение донорских органов – серьезнейшая проблема и для врачей, и для пациентов, даже когда речь идет о трансплантации от человека к человеку. Пока что известны буквально считанные случаи ксенотрансплантации, когда пересаженный орган удалось удержать в организме реципиента хоть сколько-нибудь долго.

При этом мир еще никогда так остро не нуждался в новых способах трансплантации, как сейчас. В одних лишь США свыше 124 000 пациентов в настоящее время стоят в очереди на эту процедуру, при этом в год проводится лишь около 28 000 пересадок[157]157
  D. Cooper et al., “The Role of Genetically Engineered Pigs in Xenotransplantation Research”, Journal of Pathology 238 (2016): 288–299.


[Закрыть]. По некоторым оценкам, к этой очереди каждые десять минут добавляется еще один человек[158]158
  U. S. Department of Health and Human Services, “The Need Is Real: Data”, www.organdonor.gov/about/data.html.


[Закрыть] и в среднем двадцать два человека в день умирают в ожидании своих трансплантатов – либо их состояние ухудшается настолько, что они уже не смогут перенести трансплантацию. Главная причина этой катастрофической ситуации – недостаток донорских органов.

Новые технологии, в том числе и CRISPR, дают возможность создавать свиней с органами, подходящими для пересадки человеку. Предыдущие достижения в этой сфере в основном были связаны с переносом генов человека в геном свиньи, так чтобы ее органы не подвергались слишком жесткому отторжению, которое угрожает любому ксенотрансплантату. Теперь редактирование генома используется, чтобы выключить те свиные гены, которые могут спровоцировать у человека иммунный ответ, и исключить риск заражения человека встроенными в геном свиней вирусами[159]159
  L. Yang et al., “Genome-Wide Inactivation of Porcine Endogenous Retroviruses (PERVs)”, Science 350 (2015): 1101–1104.


[Закрыть]. Наконец, благодаря технологиям клонирования стало возможно органично совмещать различные генетические изменения в одном животном. Глава одной известной компании, деятельность которой связана с этой областью, обозначил свою главную цель так: “обеспечить неограниченный запас органов, подходящих для пересадки” – то есть таких, которые могут быть произведены на заказ[160]160
  A. Regalado, “Surgeons Smash Records with Pig-to-Primate Organ Transplants”, MIT Technology Review, August 12, 2015.


[Закрыть].

Ксенотрансплантация с использованием гуманизированных свиней

Этот проект пока находится на самой ранней стадии, однако использование гуманизированных ГМ-свиней уже помогло добиться ряда выдающихся достижений: пересаженная бабуину свиная почка проработала свыше полугода, а свиное сердце в теле бабуина удачно прижилось на два с половиной года. На будущие исследования в этой сфере выделено десятки миллионов долларов, и компания под названием Revivicor уже объявила, что намерена выращивать тысячу свиней в год в лабораториях с оборудованными по последнему слову техники операционными и вертолетными площадками, так что свежие органы можно будет быстро поставлять, когда бы они ни понадобились. Начало клинических испытаний ксенотрансплантации кажется лишь вопросом времени – стоит лишь технологии CRISPR открыть новый путь для пациентов, остро нуждающихся в новых органах и новых препаратах.

Я выросла в окружении яркой флоры и фауны Гавайских островов и поэтому восхищена тем, как разнообразно используется CRISPR для генетической модификации животных, – однако хочу признаться, что испытываю также некоторое беспокойство. Я надеюсь, что домашние животные с отредактированным геномом сделают сельское хозяйство не только более прибыльным, но и более гуманным и экологичным. Модельные животные с отредактированным геномом, такие как мыши и обезьяны, помогут нам продвинуться в понимании человеческих болезней, а свиньи с отредактированным геномом послужат в будущем в качестве доноров органов, и я бы, конечно, хотела, чтобы подобные инициативы воплощались в жизнь с должным уважением к благополучию животных.

Однако, учитывая возможности CRISPR в редактировании генома, кажутся неизбежными и такие попытки использования этой технологии, в которых не будет медицинского смысла или цели сделать сельскохозяйственное разведение животных более устойчивым, продуктивным или гуманным. Вспомним, к примеру, новейшую породу миниатюрных свиней – так называемых микропигов, созданных методом редактирования генома в Пекинском институте геномики (BGI)[161]161
  D. Cyranoski, “Gene-Edited ‘Micropigs’ to Be Sold as Pets at Chinese Institute”, Nature News, September 29, 2015.


[Закрыть]. На биотехнологическом саммите, где их впервые показали, эти очаровательные свинки привели аудиторию в полный восторг. Взрослые микропиги весят около тридцати фунтов, что сравнимо с весом собаки среднего размера, в то время как обычные свиньи могут достигать веса в двести фунтов. BGI изначально вывел микропигов в исследовательских целях, так как большой размер обычных свиней осложнял работу с ними в лабораториях. Выделив и инактивировав ген, связанный с гормоном роста, ученые смогли остановить рост этих животных, которые во всех остальных отношениях развиваются нормально. И хотя микропиги остаются полезными лабораторными животными – к примеру, в Китае на них не так давно применили CRISPR для создания модели человеческой болезни Паркинсона[162]162
  X. Wang et al., “One-Step Generation of Triple Gene-Targeted Pigs Using CRISPR/Cas9 System”, Scientific Reports 6 (2016): 20620.


[Закрыть], – институт также начал продавать их в качестве домашних питомцев по цене около полутора тысяч долларов за одного микропига. Возможно, благодаря редактированию генома у потребителей однажды даже появится возможность заказывать микропигов с теми или иными признаками (цвет шкурки или узор на ней) на свой вкус.

Некоторые специалисты в области биоэтики, например Жантин Люншоф (Jeantine Lunshof) из Гарвардской медицинской школы, обеспокоены генетическими манипуляциями “с единственной целью – удовлетворить причудливые эстетические предпочтения людей”[163]163
  Cyranoski, “Gene-Edited ‘Micropigs.’”


[Закрыть]. Однако я не уверена, что это однозначно плохо. В конце концов, на собачьей площадке можно встретить и крошечную чихуахуа, и огромного дога – а ведь это представители одного и того же вида. Ведь что такое селекция, если не способ управлять генами? Она просто менее предсказуема и протекает медленнее, чем CRISPR.

Есть даже доводы в пользу того, что технология CRISPR лучше для животных, чем обычная селекция. Здоровье микропигов не хуже, чем у их сородичей обычного размера, – и уж точно лучше, чем у некоторых пород собак. Для лабрадоров обычны примерно 30 наследственных заболеваний, 60 % золотистых ретриверов умирают от рака, бигли часто подвержены эпилепсии, а кавалер-кинг-чарльз-спаниели страдают от судорожных припадков и постоянных болей из-за деформированного черепа[164]164
  C. Maldarelli, “Although Purebred Dogs Can Be Best in Show, Are They Worst in Health?”, Scientific American, February 21, 2014.


[Закрыть]. И несмотря на столь острые медицинские проблемы у наших лучших друзей в мире животных, мы продолжаем руководствоваться собственными вкусами, меняя генотип и фенотип собак.

Как бы то ни было, генетически модифицированные кошки и собаки, созданные с помощью биотехнологий, совсем скоро станут реальностью. В конце 2015 года ученые из Гуанчжоу (Китай) доложили о первом применении CRISPR на биглях: технологию использовали для увеличения мышечной массы путем отключения того самого гена миостатина, который отвечает за гипертрофию мышц у некоторых гончих и бельгийских голубых коров. Двух щенков, у которых возникла нужная мутация, назвали Геркулес и Тяньгоу (небесная собака в древнекитайской мифологии)[165]165
  Q. Zou et al., “Generation of Gene-Target Dogs Using CRISPR/Cas9 System”, Journal of Molecular Cell Biology 7 (2015): 580–583.


[Закрыть]. Хотя один из ученых, проводивших этот эксперимент, и заявил, что сверхмускулистые бигли не будут разводиться в качестве домашних животных, а нужны лишь для медико-биологических исследований, он все же отметил потенциальные преимущества собак с гипертрофированной мускулатурой для нужд полиции и военных[166]166
  A. Regalado, “First Gene-Edited Dogs Reported in China”, MIT Technology Review, October 19, 2015.


[Закрыть]. В заключение своей статьи китайские ученые замечают, что CRISPR “также может способствовать созданию новых пород собак с признаками, выгодными для других целей”.

Технологии редактирования генома настолько просты в использовании, что, конечно же, недолго придется ждать момента, когда потенциальные потребители смогут на заказ получать любые улучшения любой породы собак. Куда еще заведет нас воображение? Если мы с помощью генетических манипуляций избавили коров от рогов, то почему бы нам с помощью тех же технологий не создать, например, рогатых лошадей? И если уж мы заговорили о добавлении частей тела, зачем останавливаться на рогах? Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли использовали CRISPR, чтобы внести ряд причудливых изменений в тела ракообразных: жабры появились там, где их быть не должно, клешни стали ногами, челюсти – антеннами, а плавательные конечности – ходильными[167]167
  A. Martin et al., “CRISPR/Cas9 Mutagenesis Reveals Versatile Roles of Hox Genes in Crustacean Limb Specification and Evolution”, Current Biology 26 (2016): 14–26.


[Закрыть]. Ученые и журналисты уже фантазируют на темы того, как CRISPR можно будет использовать для создания настоящих мифических созданий – например, получения крылатых драконов из комодских варанов[168]168
  M. Evans, “Could Scientists Create Dragons Using CRISPR Gene Editing?”, BBC News, January 3, 2016.


[Закрыть]. В одном известном научном журнале, посвященном биоэтике, уточняется, что, хотя базовые законы физики не позволят таким существам выдыхать огонь, однако

создание очень крупной рептилии, напоминающей дракона из европейских или азиатских легенд, с крыльями, которыми она сможет махать – пусть даже и не летать с их помощью, – вполне может стать чьей-то внеплановой целью[169]169
  R. A. Charo and H. T. Greely, “CRISPR Critters and CRISPR Cracks”, American Journal of Bioethics 15 (2015): 11–17.


[Закрыть].

Пока одни ученые размышляют над созданием с помощью CRISPR мутантных существ, которых никогда прежде не существовало, другие исследователи хотят применить эту технологию для воссоздания реальных животных, населявших Землю в прошлом, но сегодня уже не существующих: эту область исследований назвали возрождением вымерших видов. Сама идея возникла за несколько десятилетий до изобретения CRISPR, и редактирование генома – лишь один из способов, с помощью которых ее можно попробовать воплотить. В тех случаях, когда признаки какого-то вымершего вида присутствуют в его ныне живущих видах-потомках, с помощью селекции можно вывести животное, похожее на вымерший предковый вид. Эту стратегию пытаются применить в Европе, чтобы воссоздать тура[170]170
  B. Switek, “How to Resurrect Lost Species”, National Geographic News, March 11, 2013; S. Blakeslee, “Scientists Hope to Bring a Galápagos Tortoise Species Back to Life”, New York Times, December 14, 2015.


[Закрыть] (дикого быка, вымершего в начале XVII века), а также на Галапагосских островах – для возрождения вида слоновых черепах с острова Пинта, последняя представительница которых умерла в 2012 году.

В тех случаях, когда ткани вымерших животных хорошо сохранились, есть еще один подход – клонирование. К примеру, дикий пиренейский козел вымер в 1999 году, однако благодаря криогенной консервации фрагментов кожи, взятых у последней живой особи, испанским ученым удалось вживить генетический материал животного в яйцеклетку домашней козы (такую же процедуру использовали при клонировании овечки Долли в 1996 году). В результате родился козленок – и это было первое в истории рождение вымершего животного (хотя, к сожалению, новорожденный козленок умер уже через несколько минут после появления на свет)[171]171
  J. Folch et al., “First Birth of an Animal from an Extinct Subspecies (Capra pyrenaica pyrenaica) by Cloning”, Theriogenology 71 (2009): 1026–1034.


[Закрыть]. Подход, основанный на клонировании, используют российские и южнокорейские ученые в надежде возродить шерстистых мамонтов[172]172
  Один из ископаемых видов мамонта, Mammuthus primigenius (примеч. науч. ред.).


[Закрыть], используя ткани этих животных, найденные на северо-востоке России[173]173
  K. Loria and D. Baer, “Korea’s Radical Cloning Lab Told Us About Its Breathtaking Plan to Bring Back the Mammoth”, Tech Insider, September 10, 2015.


[Закрыть].

Но CRISPR делает возможным еще один способ воскрешения исчезнувших видов – похожий на вымышленный процесс возрождения динозавров, описанный в книге Майкла Крайтона “Парк Юрского периода” (и в ее последующей голливудской экранизации). В этой захватывающей научно-фантастической истории ученые ввели в ДНК лягушки гены вымерших динозавров, обнаруженные в ископаемых комарах, сохранившихся в янтаре. К сожалению (или к счастью, в зависимости от того, как вы относитесь к динозаврам), химические связи в ДНК не настолько прочные, чтобы остаться нетронутыми в течение 65 миллионов лет.