Дійсно великі мурахи
Ось так поступово змінювався розмір тих самих мурах
Звичайно, зміни розмірів мурах одного виду, на перший погляд, не дуже схожі на «кардинальні зміни в тому, як ми дивимося на життя в усіх його проявах». Але, тим не менш, це було важливе відкриття. Мета у дослідників була наступна - підтвердити вплив зовнішнього середовища на розвиток організмів. Від неї - а не тільки від ДНК - залежать зростання, колір шкіри, схильність до повноти або її відсутність, рівень інтелекту, схильність до розвитку деяких захворювань і багато іншого. Ген визначає наявність тієї чи іншої властивості, а зовнішнє середовище (або «епігенетичні фактори») - то, як сильно воно проявляється. Отримана інформація дозволить вченим в майбутньому створювати організми з потрібними властивостями. Наприклад, корів з більшою м'язовою масою і сильним імунітетом.
Зліва - тополі, які отримала в результаті своїх дослідів група Тернера
В контексті зростаючого попиту на біопаливо, це значне відкриття. Крім використання у вигляді сировини для біопалива, трансгенні тополі можна розсаджувати замість звичайних, адже вони ростуть швидше, через більш густий крони поглинають більше вуглекислого газу і виробляють більше кисню.
Ці два випадки - далеко не єдині приклади того, як генетична інженерія акуратно і непомітно міняє наше життя. Досліджень, подібних до цих, величезна кількість - і це якщо враховувати тільки ті, що ведуться у відкритому режимі, а не в секретних корпоративних або державних лабораторіях.
Як вчені відкрили можливість редагувати гени?
У 1987 році з'явилася перша публікація про CRISPR - невідомому раніше сегменті ДНК бактерій, яка спершу залишилася абсолютно непоміченою. Вчені, які досліджували ДНК стародавніх бактерій Аркея, нащадків перших таких організмів на Землі, серед звичайних частин генома (A, T, G, C) виявили повторювані сегменти, які були однаковими, з якого кінця на них не кинь оком - паліндроми, простіше кажучи. Дослідники не знали навіщо ці сегменти потрібні, однак навіть сама по собі знахідка була дивною. Вони і назвали її CRISPR - це абревіатура від англійського clustered regularly interspaced short palindromic repeats, що перекладається як «Короткі паліндромний повтори, регулярно розташовані групами».
Вісімнадцять років потому мікробіолог Родольфо Баранга, який працював на датську харчову компанію Danisco, зауважив ті ж самі паліндроми в бактерії Streptococcus thermophilus, яка відповідає за окислення молока і використовується для приготування йогуртів та сирів. Бактерії, як і будь-які інші істоти, піддаються атакам вірусів, а CRISPR допомагали їм (бактеріям) боротися з шкідливим впливом. Він тут виступав в ролі свого роду імунної пам'яті. Баранга з колегами вирішив синтезувати більше Streptococcus thermophilus з CRISPR, оскільки виживання цих бактерій була набагато вище, а значить, компанія економила на сировину для своєї продукції.
Вчені продовжили вивчати CRISPR і незабаром натрапили на ще одну цікавинку - паліндроми не відповідали за синтез протеїнів, хоча гени, в основному, займаються саме цим. Тоді виникла нова гіпотеза. Майже всі сучасні тварини і рослини захищаються від вірусів за допомогою РНК - так, може бути, CRISPR це така початкова імунна система?
На малюнку показаний прорив ДНК вірусу (знизу)
Команди Шарпентье і Даудна стали працювати разом і скоро простежили весь механізм роботи комплексу CRISPR-Cas9. CRISPR виробляє два сегмента РНК і один протеїн Cas9. РНК реагує на ДНК вірусу і наводить на нього Cas9, як такий своєрідний «клітинний GPS». Прибувши на місце, протеїн творить неймовірне - він змінює форму, хапається за ділянку ДНК і знищує його точними ударами «молекулярного скальпеля». (Більш докладно про те, як це працює можна прочитати тут)
Як робота з ДНК перетворилася на прибутковий бізнес?
Незважаючи на те, що Даудна майже відразу ж відправила документи, щоб отримати патент, Чжан виявився швидшим. Те-ли у нього був адвокат краще, то-ли виявилися якісь зв'язки, але так чи інакше, Чжан, Інститут Броуда і MIT отримали патент на використання CRISPR-Cas9 як метод для редагування генома. Навіщо вони так поспішали? Все просто. Тепер будь-яка компанія, яка хоче працювати з бактеріями, використовуючи при цьому дешевий і простий метод CRISPR-Cas9, змушена виплачувати Чжан, Інституту і MIT роялті.
Як в Китаї змогли відредагувати людський геном, і чому це викликало серйозну дискусію?
Отже, у людства в руках опинився інструмент для редагування генетичного коду, який від попередніх методів відрізняється так само, як хірургічний скальпель від ручної пилки. Не можна сказати, що він доведений до досконалості, але поліпшення CRISPR-Cas9 йде неймовірними темпами. Всього за три роки, що минули з публікацій Даудна, вчені знайшли величезне поле для застосування CRISPR, але самі великі досягнення, зрозуміло, попереду.
Цзюньцзе Хуан і його колеги з університету Сунь Ятсена в китайському Гуанчжоу спробували змінити в нежиттєздатних людських ембріонах (тобто в тих, що все одно померли б) ген, який відповідає за розвиток β-таласемії - генетичного захворювання, яке призводить до ранньої смерті. З 86 ембріонів тільки в 28 CRISPR-Cas9 успішно зв'язався з ДНК, а заміщення генетичного матеріалу спостерігалося в ще меншій кількості піддослідних ембріонів. Незважаючи на невдачу, дослідження просунуло далеко вперед як науку, так і дискусію про моральний бік генетичної модифікації людини. Публікація про дослідження з'явилася в журналі Protein # 038; Cell - великі західні видання не стали її розміщувати. Однак відкриття китайців в результаті змусило західних вчених знову почати обговорення етичної сторони справи.
Чому редагування геномів може бути небезпечним для людства?
CRISPR-Cas9 обіцяє людству багато, і в цьому сенсі його можна порівняти з ядерним синтезом, який привів до появи атомних електростанцій і ядерних боєголовок. Використовуючи цей метод редагування ДНК, вчені вже впоралися з мутаціями, що викликають сліпоту, навчилися зупиняти розмноження ракових клітин, і зробили клітини деяких організмів несприйнятливими до СНІДу. Агрономи виростили пшеницю, якій не страшні грибкові хвороби на кшталт справжньої борошнистої роси, а завдяки її врожайності і стійкості до змін клімату, проблема того, як прогодувати 9 мільярдів людей на постійно нагрівається планеті може, нарешті, піти в минуле. За допомогою CRISPR біоінженери «сконструювали» дріжджі, які поглинають рослинний матеріал і виробляють етанол - складно навіть уявити як це може вплинути на нафтовий ринок.
У більш тривалій перспективі метод CRISPR-Cas9 може привести людство до абсолютно нового витка розвитку. Адже якщо вчені відкинуть боязнь перед дослідженнями людських геномів і продовжать експерименти на ембріонах, то незабаром ми можемо отримати людей, несприйнятливих до захворювань, старіючих повільніше, а живуть довше. Дослідження з цього приводу вже ведуться. Батьки зможуть задавати риси дитини ще до того, як він народиться. Крім цього, люди отримають можливість змінювати всю навколишню їх природу: рослини і тварини стануть такими, якими потрібно - ні про яке голод тоді мова навіть не йтиме. Людству в руки потрапив неймовірний за силою інструмент - і настільки ж небезпечний.
У Гарвардській школі охорони здоров'я (Harvard School of Public Health) вчений Кевін Есвельт працює над тим, щоб за допомогою генної інженерії повністю впоратися з малярією. У лабораторії він з колегами редагує геном африканських комарів Anopheles gambiae, щоб вони не могли переносити захворювання. Але мова йде не про поодинокі комарів - за допомогою CRISPR-Cas9 можна змінити їх усіх. Поки що цей проект не доведений до кінця, але вже зараз очевидно те, наскільки він може бути небезпечний. Невідомо як генетично змінені комарі вплинуть на свій ареал проживання - адже вони входять в харчові ланцюги. Ніхто не знає, що станеться з кажаном або іншим комахоїдним хижаком, який з'їсть трансгенного комара.
Але біологи з Сан-Дієго роботу Есвельта не читали. Вони проводили схожі експерименти на фруктових мухах без вищезазначених заходів і, за словами Джорджа Черча з Кембриджа. «Зайшли занадто далеко».
І адже це тільки комарі з відносно незначними змінами в їх геномі, в порівнянні з тими ж штучно вирощеними з слонячих клітин мамонтами. Вчинені люди, невразливі для хвороб і живуть по двісті років - це, звичайно, дуже красива ідея, але до неї ще дуже далеко. А поки що людству в особі вчених доведеться вирішити як координувати або централізувати дослідження з використанням CRISPR-Cas9 - інакше може виявитися, що люди дійсно відкрили ще один Ящик Пандори.