Текст книги "Генный апгрейд. Почему мы пользуемся устаревшей моделью тела в новой модели мира и как это исправить"

Производство таких последовательностей генов для самооптимизации стало настолько простым делом, что нигилистических смельчаков вряд ли можно удержать от экспериментов на собственных организмах. Или от зарабатывания на этом денег. Генетическую последовательность, которая сулит неограниченный рост мышц посредством инактивации гена миостатина, можно раздобыть в Интернете по цене от 20 долларов.

Мы живем в то время, когда за одни и те же деньги вы можете позволить себе и заказать генный допинг в Интернете, и побаловать себя большой пиццей с салатом и колой.

Американский биохакер Джозайя Зайнер решил отказаться от пиццы и стал первым, кто попытался целенаправленно изменить свой собственный геном. Биохакерами называют не тех, кто перекапывает свой огород с помощью хака[11]11
  Инструмент, используемый при добыче смолы, похожий на топорик. – Прим. ред.


[Закрыть], а людей, которые пытаются проапгрейдить собственную биологическую основу. В 2017 году на одной конференции Зайнер ввел себе в левое предплечье последовательность ДНК, стимулирующую рост мышц. За этим последовали аплодисменты, и Зайнер с облегчением смочил глотку стаканчиком шнапса. То, что его действия принесли много чего, помимо шумихи в СМИ, маловероятно. Он даже не потрудился упаковать ДНК перед инъекцией в вирус, как сделал бы приличный биолог. В результате внедрение в мышцы было настолько неэффективно, что возникает вопрос, изменилась ли хотя бы одна клетка его организма. Тем не менее это мероприятие вселило отвагу в других биохакеров в их гаражах-лабораториях.

Однако я не верю, что из любительских махинаций с собственным геномом может получиться что-то толковое. Наша генетическая информация сложна. Стремление оптимизировать ее без надлежащей подготовки так же дерзко, как и утверждение, что можно улучшить вертолет, не попробовав предварительно ввинтить пару болтов хотя бы в велосипед. В случае с биохакерами успокаивает то, что их эксперименты заканчиваются на них же и что, возможно, успешные генетические изменения не будут переданы их детям. Для этого должны быть изменены именно предшественники сперматозоидов или яйцеклеток, которые называются клетками зародышевого пути. Все остальные клетки организма, генетический материал которых не передается потомкам, называются соматическими. Сюда относятся мышцы, нервная ткань и все остальное, что не образует половые клетки. Пока что вам не нужно беспокоиться о человеческом генофонде. Конечно, если не всплывут видео от биохакеров, которые делают себе инъекции в яички. Но кто уж станет делать это добровольно – особенно в чате перед включенной камерой. Однако, если кто-то сознательно захочет вмешаться в ДНК своих потомков и основательно изменить генетику последующих поколений, он может избежать обходного пути в виде инъекции в яички и приняться непосредственно за следующее поколение. Правда, в то время, когда различие между клетками зародышевого пути и соматическими клетками не будет иметь значения, потому что они совсем не будут отличаться друг от друга. Речь идет об изменении микроскопически маленьких эмбрионов.

Генетическое изменение эмбрионов

В следующий раз, когда вы встретите беременную женщину, суньте ей в руки пачку «Мальборо», бутылку водки и Контегран[12]12
  Известный во всем мире как Талидомид, вызывающий пороки конечностей у плода при применении беременной женщиной. – Прим. ред.


[Закрыть] и скажите: «Не дрейфь». Этот элегантный эксперимент демонстрирует два феномена одновременно.

Во-первых, когда вытянутая ладонь под правильным углом наносит удар по слуховому органу, пощечина удивительно болезненна.

Во-вторых, родители готовы сделать все от них зависящее, чтобы наделить своих потомков качествами, которые обещают детям наилучшую жизнь.

Поэтому высокомотивированные будущие матери наполняют жизнь крохи музыкой Моцарта, когда он еще находится в утробе, хотя лучшие эмбрионы все равно предпочитают слушать Slipknot. Всего через несколько недель после рождения малышам делают различные прививки, чтобы повысить их шансы на здоровую жизнь. А если средства позволяют, вы можете пойти на дорогие учебные курсы, чтобы дать детям интеллектуальное преимущество.

Родители, использующие все возможности для снабжения своего ребенка лучшей комбинацией карт для жизни, выглядят образцовыми. При условии, что гены не подвергаются изменению! В противном случае всплывает словосочетание «спроектированный ребенок», которого люди с факелами и вилами выгоняют из города и блокируют в Твиттере.

Любая традиционная попытка наделить своего ребенка максимально высоким интеллектом, наилучшим здоровьем и высокой степенью сочувствия считается желательной. И хотя сегодня мы знаем, что в основе этих свойств лежит ярко выраженный генетический компонент, целенаправленное генетическое влияние на них – табу. Вероятно, одной из причин этого является то, что фильмы типа «Гаттаки», в которых герой борется с ужасным обществом, обезображенным генной инженерией, продаются лучше, чем фильмы, в которых благодаря генетической оптимизации больше людей наслаждаются крепким здоровьем и при этом являются чрезвычайно разумными и чуткими людьми.

Если все же хочется генетически модифицировать эмбрион, для этого достаточно свободы действий. Удобно, что на ранних стадиях эмбрионы совсем крошечные и состоят всего лишь из пригоршни клеток. Надежное и точное изменение генетического материала этого хорошенького комочка клеток представляется гораздо более реалистичным, чем изменение многих триллионов клеток взрослого человека. Кроме того, в недавно оплодотворенной яйцеклетке еще не сформировалась иммунная система, которая могла бы оказывать сопротивление генетическим изменениям. Таким образом, эмбрионы буквально напрашиваются на генетические изменения, в связи с чем уже в течение многих лет успешно осуществляются вмешательства в геном экспериментальных животных путем изменения их эмбриональных клеток.

В недавно оплодотворенной яйцеклетке еще нет иммунной системы.

Первое генетическое изменение животного, основанное на методах генной инженерии, произошло в 1974 году. При этом ДНК вводилась с помощью вируса в эмбрион мыши на ранней стадии развития. То есть уже 45 лет мы способны вмешиваться в генетический материал млекопитающих. Почему ученые совсем недавно так интенсивно стали говорить о возможности изменения ДНК эмбрионов человека? Вероятно, потому, что именно этим они начали заниматься несколько лет назад.

Эффективное изменение эмбрионов стало возможным благодаря разработке мощного и точного инструмента. Он работает так точно и настолько легок в использовании, что в 2015 году генетики впервые решились на генетическое изменение человеческих эмбрионов. С тех пор все больше исследовательских групп запрыгивает в этот поезд. Возможно, вы уже слышали об этом, а если нет, то однозначно услышите в ближайшее время: генетические ножницы CRISPR / Cas9. Желая получить знания (а вы, я знаю, желаете), вы сразу задатите несколько вопросов: «Что такое генетические ножницы? Можно ли упаковать их в ручную кладь в аэропорту? Разрешено ли спроектированным детям бегать с генетическими ножницами в руках?» CRISPR / Cas9 (произносится Крисп-Kас-девять) – это сокращение от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats / CRISPR Associated 9, что в переводе на русский означает «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами». Вам не нужно это запоминать, но, по крайней мере, теперь вы можете утверждать, что где-то уже об этом читали.

CRISPR – это последнее поколение генетических ножниц, позволяющих нам осуществлять целенаправленные изменения в ДНК материале с беспрецедентной легкостью и точностью. Технология CRISPR продолжает развиваться так быстро, что любая исследовательская работа, которая ведется в настоящее время, в основном работает уже со старым инструментом. Можно сравнить со смартфонами: вам не хочется покупать текущую модель, потому что через две недели все равно появится новая. Только покупка современного айфона обойдется дороже, чем комплектующий набор CRISPR.

Чтобы целенаправленно изменять ДНК, CRISPR использует два компонента: один определяет, в каком месте ДНК должна быть изменена (гРНК), а другой на этом месте вносит изменения (Cas9). ГРНК (гидовая РНК) – это своего рода закладка, которая может быть положена только в определенной точке генома. Сама она состоит из короткой нити генетической информации и содержит последовательность длиной в 20 букв, которую можно выбрать самостоятельно и тем самым определить, к какому месту в геноме она подходит. Сама гРНК может не более чем связываться с ДНК, поэтому ей необходим второй компонент для изменения ДНК в определенном месте: энзим Cas9. Cas9 присоединяется к гРНК, та направляет его к участку генома, который должен быть изменен. Оказавшись на месте, Cas9 прорезает нить ДНК, что объясняет происхождение термина «генетические ножницы». Выбирая подходящую гРНК, можно точно указать при помощи буквы, где именно в геноме Cas9 должен сделать разрез. Так работает оригинальная стандартная версия CRISPR, которая может исключить ген. Однако CRISPR также может быть использован для добавления новых последовательностей генов путем введения их в клетку в дополнение к гРНК и Cas9. Более новые версии системы CRISPR позволяют даже временно включать или выключать гены или изменять отдельные буквы ДНК без необходимости прорезания двухцепочной ДНК. Можно сказать, что CRISPR – это не просто инструмент, а набор инструментов, превративший сложную задачу по модификации генов в простую для освоения игру в кубики. До появления CRISPR, как правило, было необходимо сконструировать собственный белок для целенаправленной генной модификации. Это было чрезвычайно затратно и в некоторых случаях занимало годы. С CRISPR это можно сделать в течение нескольких недель.

Покупка современного айфона обойдется дороже, чем комплектующий набор CRISPR.

Все, что необходимо для создания вируса CRISPR, подробно описано в протоколах. Следовать им так же легко, как рецептам в кулинарной книге, за исключением того, что измеряется все микрограммами, и редко можно встретить такие величины, как «щепотка» или «по вкусу». Единственное, что не описано в этих стандартизированных инструкциях, это 20-буквенная последовательность гРНК, поскольку она зависит от того, какой ген вы хотите изменить. К счастью, вы можете легко и просто сделать это самостоятельно.

После того как я так долго мучил вас теорией, пришло время для небольшой практики. Встаньте, немного потянитесь и – шагом марш к своему компьютеру: сейчас мы будем создавать последовательность CRISPR. Перейдите на стартовую страницу http://chopchop.cbu.uib.no/. Страница называется chop chop, потому что дело касается звука генетических ножниц при разрезании. Я знаю, юмор очень важен в науке. В поле «Target» введите название вашего любимого гена, например, «MSTN», ген миостатина, который обеспечивает безудержный рост мышц при потере функциональности. Затем нажмите «Find Target Sites!» Отлично, в разделе «Target sequence» вы увидите несколько возможных последовательностей для вашей гРНК, отсортированных по их эффективности и точности. Более того, вы увидите изображение гена миостатина, какие из гРНК будут вырезаны и в каком месте. Вот и все, теперь вы можете заказать свою любимую последовательность с парой других ингредиентов, что есть в любой обычной лаборатории клеточных культур, и создать функциональный вирус CRISPR за несколько недель.

Развитие CRISPR настолько расширило возможности генетики, что даже чрезмерно мотивированные ученые едва успевают за последними достижениями. Технология CRISPR была впервые обнародована в 2012 году. В то время она использовалась только для разрезания ДНК в бактериях. Но уже в 2013 году появилась исследовательская работа, в которой CRISPR использовалась для одновременного изменения нескольких генов в эмбрионах мыши.

В 2015 году произошло большое событие. Впервые в истории науки китайские исследователи решились на генетическое изменение эмбрионов человека.

Исследователи начали свою работу на самой ранней стадии развития – с одной только что оплодотворенной яйцеклетки. Возможно, вы задаетесь вопросом, откуда они берутся. Обычно при экстракорпоральном оплодотворении остается несколько лишних оплодотворенных яйцеклеток. В некоторых странах их разрешено использовать непосредственно для исследований. В Австрии на это нет прямого разрешения, тем не менее на них все равно можно проводить исследования, если яйцеклетки импортированы из-за границы. Циники сказали бы, что это единственное по-настоящему поддерживаемое австрийским правительством интеграционное мероприятие. Каждое генетическое изменение, успешно выполненное в оплодотворенной яйцеклетке, будет передано всем клеткам развивающегося организма.

Ученые хотели исправить мутацию, которая нередко приводит к смертельному заболеванию крови. Они ввели систему CRISPR / Cas9 в 86 клеток и в течение двух дней ждали, когда CRISPR спокойно закончит свою работу. По истечении этого времени оплодотворенные яйцеклетки уже несколько раз поделились и переросли в крошечных эмбрионов, каждый из которых состоял из восьми клеток и был исследован генетиками. Однако результат не подарил праздничного настроения ни одному из ученых. Никого не пронесли через лабораторию на плечах и не забросали конфетти, потому что из 86 эмбрионов только у четырех было желаемое изменение гена, и даже у них генетическая модификация не была успешной во всех клетках организма. Кроме того, возникло много нежелательных мутаций, можно с уверенностью сказать, что первый научный блин был комом. И после всех неприятностей у исследователей снова возникли проблемы, на сей раз с поиском отраслевого журнала, который был бы готов опубликовать их работу. Изменение человеческих эмбрионов настолько противоречивая тема, что крупные журналы не хотели иметь с ней ничего общего. И это горько, потому что качество специализированного журнала для исследователей – что толщина золотой цепочки для пролетариата. Оно определяет самооценку и репутацию внутри сообщества. Два самых авторитетных журнала, Science и Nature, иногда отказывались публиковать подобные работы отчасти по этическим причинам. Вместо этого они издались в Protein & Cell. Это соответствует разнице между публикацией в качестве девушки месяца в журнале Playboy и небольшим объявлением в церковной газете Унтерштинкенбрунна. При этом ученые приложили много усилий, чтобы минимизировать этические вопросы. Вместо того чтобы оплодотворять яйцеклетки с одним сперматозоидом в каждой, они брали те, в которых их было два. Такие зародыши могут нормально развиваться в течение нескольких дней, но затем неизбежно погибают. То есть они не смогли бы развиться в человека ни при каких обстоятельствах, даже если бы были имплантированы женщинам во время искусственного оплодотворения.

Хотя у генетически модифицированных эмбрионов было шаткое начало, это не остановило попытки других исследовательских групп добиться большего успеха. Не в последнюю очередь потому, что CRISPR предлагал новые возможности каждые несколько месяцев. В настоящее время исследования CRISPR на эмбрионах также проводятся в Лондоне или США. И к 2017 году многие проблемы, с которыми столкнулась китайская группа генетиков, были преодолены.

Из яйцеклетки, оплодотворенной сразу двумя сперматозоидами, эмбрион никогда не разовьется.

Международная исследовательская группа преуспела в исправлении мутации в эмбрионах, приводящей обычно к патологически утолщенной сердечной мышце. Во всех используемых эмбрионах генетическая модификация прошла успешно. Никаких нежелательных изменений генов обнаружено не было, и у всех до одного произошли изменения в каждой клетке организма. Интересно, что статья о результатах эксперимента была опубликована в престижном журнале Nature, хотя в этом случае использовались в основном оплодотворенные яйцеклетки, из которых теоретически могли развиться люди.

Хотя CRISPR очень прост в использовании, как говорится, дьявол кроется в деталях. Эксперименты с другими областями генов и заболеваниями готовят новые проблемы, и хотя уже были отдельные успешные исследования, все еще остаются препятствия, которые необходимо преодолеть, прежде чем генетическая модификация человеческих эмбрионов станет настолько надежной, что мы сможем характеризовать ее как безопасную. Однако, задумываясь о гигантских шагах, сделанных за последние годы, трудно поверить, что этот момент находится в далеком будущем. Профессор Гарварда Джордж Чёрч, сыгравший важную роль в разработке CRISPR, подытожил точность технологии в начале 2017 года так: «При помощи хорошей компьютерной программы, которая прогнозирует, в какую часть генома должны быть внесены изменения, вероятность ошибок будет ниже, чем вероятность спонтанных мутаций. Это означает, что дрянь, которая настигнет вас в воздухе, будет хуже».

Под этим он подразумевает, что солнечный свет, радиоактивность, загрязняющие вещества и другие вещи в нашей среде безостановочно вызывают больше неконтролируемых изменений в ДНК человека, чем хорошо спроектированный CRISPR.

Такой затруднительной генетическую модификацию делает не техническая сложность процесса надежного манипулирования генами. Большая проблема – наше ограниченное понимание собственного генома. Гены – это не усердно нанизанные рядом друг с другом на нить ДНК функциональные одиночки, как накачанный риталином ботаник на уроках математики. Они больше похожи на класс управляемых гормонами подростков во время большого перерыва, которые создают вид хаотичной толкучки, но при ближайшем рассмотрении становится ясно, с кем они хотят взаимодействовать, а с кем – нет.

В наших клетках царит сложная сеть взаимодействий, в которой многое взаиморегулируется и каждый ген вступает в контакт с большим количеством других компонентов клетки. Чтобы оценить последствия изменения гена, нам нужно научиться лучше понимать этот хаос. Если мы решим вмешаться в геном человека в ближайшее время, речь пойдет не о том, сможем ли мы надежно изменять гены, а о том, что мы действительно хотим изменить.

Что мы хотим оптимизировать?

Сначала плохая новость: независимо от того, насколько отчаянно вы пытаетесь оптимизировать себя путем генетических изменений, витаминных шипучих таблеток или занятием йоги по 16 часов в день, в конечном счете вы все равно умрете. Это может случиться очень быстро, и никто не знает когда. Может быть, хватит и того, что два раза в день вы посмеетесь до полусмерти. Или если в 19 лет неосторожно нанесете крем от морщин, который делает на 20 лет моложе. Финальной трагедии не избежать. Но было бы неплохо начать улучшать свою жизнь, делая ее немного дольше и приятнее, и не позволять Эболе, гепатиту и бешенству испортить вам настроение. Как стал бы хорош мир, если бы все вирусы можно было одним махом обезопасить для людей. Мир, в котором ротавирусы больше не вызывают взрывной диареи, в котором можно выйти из дома без мамочкиного крика «Оденься тепло!», потому что риновирусы больше не вызывают насморк. Мир, где генитальный герпес и ВИЧ больше не являются угрозой и худшее, что вам может подарить половой акт, – это ребенок. Одного этого должно быть достаточно, чтобы отбросить большую часть сомнений относительно селекционных детей.

Пара исключительно авторитетных генетиков, включая вышеупомянутого профессора Гарварда Джорджа Чёрча, работают над проектом, благодаря которому вирусы однажды постигнет ужасный конец. Речь идет о создании клеток человека, которые не сможет поразить ни один вирус в мире. Цель этого проекта под названием Project Recode – создание устойчивых против вирусов и рака клеток. Это открытие станет настоящим благословением для биотехнологических предприятий, которым нужны человеческие клетки для производства лекарств. При этом Чёрч не скрывает, что теоретически технологии будут использоваться для создания полностью устойчивых к вирусу людей. Однако, чтобы это работало, нужно радикально переписать большую часть человеческого генома и коренным образом изменить код жизни. Причем таким образом, чтобы вирусы больше не могли использовать наши клетки для производства своего протеина.

Производство белка – одна из главных задач клетки.

Производство протеинов, проще говоря – белка, является одной из фундаментальных задач клеток. Сами протеины состоят из отдельных аминокислот. В каждом случае последовательность из трех букв ДНК определяет, какая аминокислота должна следующей встроиться в протеин. Например, последовательность букв ДНК GCC приводит к образованию аминокислоты валин, AAG образовывает лизин, CGG – аргинин и так далее. Если в ДНК следуют GCC AAG CGG, клетки образуют из этого белок, который начинается с аминокислот валин-глицин-аргинин. Последовательность из трех букв ДНК, которая определяет, какая аминокислота должна быть присоединена, называется кодон.

Всего из четырех букв ДНК (A, T, G, C) можно сформировать 64 разных кодона. Тем не менее для производства протеина наши клетки используют только 20 аминокислот. По этой причине наши клетки могут использовать разные кодоны для большинства аминокислот, каждая из которых ведет к одной и той же аминокислоте. Например, аминокислота глицин записывается не только кодоном GGC, но также и GGT, GGA и GGG. Это не было бы необходимо.

Цель Project Recode – исключить из генома лишние кодоны, чтобы для каждой аминокислоты был доступен только один кодон. В случае с глицином это может означать, что GGC будет выбран в качестве кодона в геноме и другие глицинообразующие кодоны (GGT, GGA и GGG) будут заменены на GGC. После этого можно было бы лишить клетку способности считывать три переписанных кодона, чтобы клетка могла читать глицин только в виде GGC. Таким же образом можно поступить с оставшимися аминокислотами, чтобы человек получил клетку, в которой каждая аминокислота записана при помощи ровно одного кодона.

Я надеюсь, что это не было слишком запутанно. Подводя итог, можно сказать, что генетический код будет сведен к функциональному минимуму. Но какое это имеет отношение к вирусам? Одна из причин, по которой нас настигают эти мучители, заключается в том, что они не могут сами производить протеин. Поэтому тайком проносят свой геном в клетки человеческого организма, чтобы мы могли связать их протеины вместе, формируя новые вирусные частицы. Это работает, потому что все живые существа и даже вирусы используют одни и те же кодоны. Будь то человек, африканская лягушка-бык или вирус герпеса, перед клеточным механизмом синтеза протеина мы все равны. Если генетический материал вируса, использующий несколько кодонов на аминокислоту, попадает в клетки, которые понимают только один кодон на аминокислоту, генетический материал захватчика будет полностью нечитаемым. Не имеет значения, будет ли это безобидный вирус простуды или страшнейший вирус-убийца, которого когда-либо видел свет. Генетическая информация была бы для клеток бессодержательной, и у вирусов не было бы шансов настолько радикально измениться в ходе эволюции, чтобы быть способными что-то с этим поделать. Цель исследователей – произвести клетки в течение следующих 10 лет. И поскольку, кажется, в этот момент все дойдет до точки, когда уже ничто не сможет повлиять на ситуацию, около 200 ученых, участвующих в проекте, размышляют над тем, чтобы наделить клетки устойчивостью к радиации, холоду, раку и механизмам старения.

Как же создавать из подобных клеток людей? В принципе, посредством обычной процедуры клонирования, которая уже довольно хорошо работает с животными. Генетический материал берется из яйцеклетки, которая затем оплодотворяется ядром устойчивой к вирусу клетки. Дальнейшие действия не будут сильно отличаться от обычного искусственного оплодотворения. Хотя на практике нужно было бы принять во внимание несколько дополнительных вещей, которые, впрочем, не являются серьезным препятствием, как нам не без оснований дает понять Джордж Чёрч.

Стоит признать, программа вакцинации, вероятно, является наиболее разумным вариантом защиты людей от вирусных заболеваний. Даже самые радикальные противники прививок вряд ли были бы готовы рассматривать такой вид селекционных детей в качестве альтернативы прививкам. И это несмотря на то, что противники вакцинации имеют большой опыт в принятии нерациональных решений. В настоящее время никто, кажется, всерьез не планирует производить людей таким способом. Но что будет значить чья-либо попытка сделать это? Даст ли кому-нибудь неоспоримое преимущество сертификат устойчивости к вирусам, когда тот ворвется на дискотеку? Могут ли эти люди претендовать на 25 % скидку от территориальной больничной кассы Вены? И будут ли они защищены от злых происков биотеррористов? Было бы вполне возможно создать вирусы, способные их инфицировать, если сделать вирусы таким образом, чтобы они использовали те же кодоны, что и клетки селекционных людей. Защита срабатывала бы только в случае столкновения с вирусами, образованными естественным путем. В этом тоже есть свои преимущества, потому что подобные люди все равно могли бы проходить вирусную генную терапию. В качестве ложки дегтя остается их неспособность производить несколько поколений потомков с людьми, не резистентными к вирусам. Недостатком при поиске партнеров у этих людей было бы то, что они даже не могли бы должным образом насладиться устойчивостью к заболеваниям.

Все живые существа используют одни и те же кодоны.