Сэмюел Стернберг - Трещина в мироздании [litres]

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] E. P. Zehr, “The Man of Steel, Myostatin, and Super Strength”, Scientific American , June 14, 2013. .

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] 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. . 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] 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. . 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] S. Reardon, “Welcome to the CRISPR Zoo”, Nature News , March 9, 2016. ; 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] A. Harmon, “Open Season Is Seen in Gene Editing of Animals”, New York Times , November 26, 2015. . 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] C. Whitelaw et al., “Genetically Engineering Milk”, Journal of Dairy Research 83 (2016): 3–11. .

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] 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. . 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 – CD 163, 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] 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. . 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] K. M. Whitworth et al., “Gene-Edited Pigs Are Protected from Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus”, Nature Biotechnology 34 (2016): 20–22. .