Генетика на завтрак
(Научные лайфхаки для повседневной жизни) - Модер Мартин - Страница 27

В 2013 году впервые удалось изменить человеческие клетки с помощью системы CRISPR.

Как это связано с изменением моего генома? Место, где CAS9 делает разрез, определяется только тем, к какой последовательности букв привязана РНК CRISPR. Если вы хотите сделать разрез в другом гене, нужно просто изменить последовательность CRISPR. Система работает не только у бактерий, но и у таких высших организмов, как мы, люди. Чтобы сделать разрез в человеческом гене, все, что требуется, — это вставить в клетку соответствующую последовательность CRISPR и CAS9. В клетке ДНК CAS9 переписывается сначала в РНК, а затем в белок. Последовательность CRISPR становится РНК, которая передает CAS9, где в генетическом материале клетки следует сделать разрез. Разрыв в ДНК может быть использован как для уничтожения гена, так и для того, чтобы закрыть брешь другой последовательностью генов. Это можно использовать для отключения имеющихся генов или введения новых.

В 2013 году впервые удалось изменить человеческие клетки с помощью системы CRISPR.

Но даже не эта техника первая позволила осуществить такие генетические изменения. Однако по сравнению с более старыми методами она настолько проста в использовании, что в исследовательском сообществе ее обсуждают так же яро, как кремовый торт на встрече участников общества по борьбе с лишним весом Weight Watchers.

На пути изменения ваших генов стоит еще одна досадная формальность: вам придется поместить ДНК CRISPR/CAS9 в свои клетки. Нелегкая задача, учитывая то, что у вас их десять триллионов. В лаборатории для этого любят использовать вирусы[13], которые довольно успешно доставляют ДНК в клетки живых существ. Можете себе представить, что такой способ транспортировки не лишен риска. Кроме того, CRISPR проникает далеко не во все клетки организма. В настоящее время оптимальные способы транспортировки, подходящие для распространения системы редактирования генома в теле, еще не найдены. Эту проблему иногда можно обойти путем извлечения клеток из организма, их генетической модификации и последующего возвращения на место. Этот способ подходит, например, людям с ВИЧ-инфекцией. ВИЧ проникает в наш организм, привязываясь к рецептору в наших иммунных клетках и интегрируя свою ДНК в человеческий геном. Проводится работа по удалению инфицированных клеток и их предвестников из организма. При этом посредством CRISPR из генома удаляется вирусная ДНК и рецепторный ген. Без рецептора вирус больше не может проникать в наши клетки. Поэтому иммунные клетки не только очищаются от вирусов, но и больше не могут быть инфицированы. После этого их нужно ввести обратно в организм пациента.

Забор клеток необходим, потому что CRISPR гораздо легче проникает в отдельные клетки, чем в организм в целом.

Каждый человек, каждый слон и даже каждый синий кит когда-то начинал свое развитие как одна малюсенькая клетка.

Вскоре после того, как вы обогнали миллионы противников на пути к яйцеклетке своей матери, вы стали единственной клеткой, из которой смог развиться весь человек. Если бы в этом состоянии посредством CRISPR была пропущена мутация, отвечающая за сухую ушную серу, то сегодня она бы уже находилась в каждой клетке вашего тела. Но не беспокойтесь, это вовсе не означает, что каждая из клеток тела вдруг начнет производить ушную серу. Ориентация на другие гены могла бы, например, сделать ваших потомков устойчивыми к ВИЧ или подарить им мутации, связанные с улучшенной иммунной системой, более высоким интеллектом, более крепкими мышцами, повышенной выносливостью, усиленной эмпатией и т. д. Можете представить себе, к каким серьезным выводам приводят такие возможности. Тем не менее многие люди не размышляли на эту тему, потому что идея генетического изменения собственного потомства до недавнего времени являлась чем-то из разряда научной фантастики. Между тем первые шаги в этом направлении уже сделаны.

В апреле 2015 года китайские исследователи опубликовали работу, взбудоражившую умы [97]. Впервые CRISPR использовали на человеческих эмбрионах. А именно на зиготах — так называют клетки, образующиеся сразу после слияния сперматозоида и яйцеклетки. Была предпринята попытка устранить генетический дефект, который вызывает заболевание крови. В зиготы вводили ДНК CRISPR/CAS9 вместе с оригинальной ДНК, содержащей вариант здорового гена. Через 48 часов CRISPR выполнила свою работу. Эмбрионы, которые теперь состояли из восьми клеток, были тщательно исследованы. Результат оказался не слишком впечатляющим. Только нескольким эмбрионам удалось исправить дефект гена. Кроме того, генетические изменения оказались не очень точными, разрезанными оказались и те гены, с которыми CRISPR делать было нечего.

Можно ли считать, что на этом глава о редактировании генома закончена? Вовсе нет. В течение короткого промежутка времени были разработаны методы, благодаря которым CRISPR работает гораздо точнее, чем с техникой китайских исследователей. Тот факт, что приходится задействовать несколько эмбрионов до тех пор, пока один из них не проявит желаемые свойства, не является чем-то новым. В конце концов, при искусственном оплодотворении образуется множество эмбрионов, из которых женщине вводят только самые жизнеспособные. Изменение человеческих генов со временем становится все проще и точнее. В будущем ситуация не изменится. Постепенно настал тот момент, когда исследователи впервые осмелились рискнуть генофондом человечества, чтобы взять эволюцию в свои руки. При разумном использовании это может означать большой прорыв в области медицины. В долгосрочной перспективе у этой тенденции есть все шансы стать вехой в эволюции нашего вида. С другой стороны, конечно, существует опасность неэтичного использования этой возможности. В любом случае сейчас наступило, по всей вероятности, самое интересное время для занятия молекулярной биологией. Время, когда мы получили способность работать с нашей генетической информацией. Но даже если нам когда-нибудь удастся переписать последовательность букв в нашей ДНК по своему усмотрению, мы все равно не получим полного контроля над передачей наших генов. Последовательность букв сама по себе не определяет, что будет унаследовано. На это могут оказывать влияние даже условия, в которых мы живем. Неужели здесь мы покидаем область науки и входим в сказочное пространство мистических сверкающих единорогов нью-эйдж? Спешу вас разочаровать, надо было выбирать книгу из секции эзотерики. Я говорю об одной из самых интригующих тем молекулярной биологии: эпигенетике[14].

Унаследованный опыт.

В 1880-е годы немецкий биолог-эволюционист Август Вайсманн отрезал хвосты мышам. Он проделывал такое не с одним поколением, но и с их детьми. И с детьми их детей. И с детьми детей их детей, и так вплоть до 22-го поколения мышей. Этот человек, очевидно, был чрезвычайно терпеливым и не отличался большой любовью к мышам. Он хотел выяснить, как работает наследственность. Передаются ли свойства, приобретенные в течение жизни, потомкам? Правда ли, что жираф рождается с такой длинной шеей лишь по той причине, что его мама и папа жирафы были вынуждены постоянно тянуть шею к листьям? Потому ли зады у павианов такие красные, что их родителей слишком часто шлепали? Если это так, то потомство мышей с обрезанными хвостами должно родиться с более короткими хвостами. Вайсман терпеливо проводил свой эксперимент на нескольких поколениях мышей. Пока ему не сказали, что существуют религиозные течения, представители которых ставят подобные эксперименты на людях гораздо дольше. Но и по сей день все мальчики рождаются на свет с крайней плотью.

Благодаря Чарльзу Дарвину сегодня мы знаем, как функционирует эволюция. Мутация преподносит случайные варианты генетического материала. Недостатки утрачиваются благодаря беспощадной борьбе за выживание. Итак, мутация и выбор. Дарвин пришел к пониманию этого задолго до того, как стало известно о генах. Поэтому он говорил не о мутации, а об изменении, еще даже понятия не имея, что именно меняется. Его старший современник Жан-Батист де Ламарк еще до рождения Дарвина признал, что со временем виды изменяются. Однако у него было другое объяснение того, как возникают новые свойства. По его словам, живой организм передает своим потомкам черты, приобретенные на протяжении всей его жизни. Не зря дети пекарей зачастую тоже становятся пекарями, а дети кузнецов — кузнецами. Сегодня спор между Дарвином и Ламарком, похоже, решен. Механизм наследования ясен. 1:0 в пользу Дарвина. И все же существует явление, способное заставить губы Ламарка растянуться в злорадной улыбке: «Я же говорил!» — это эпигенетика.