Светлана Волкова - Просто геном

Например, исследователи, использовавшие CRISPR для модернизации живых организмов, смогли создать модели заболеваний человека у животных, с гораздо большей точностью и гибкостью, чем раньше. Получилось создать модели заболеваний не только у мышей, но и у других животных, организмы которых лучше всего демонстрируют конкретное заболевание, представляющее интерес для изучения. Учёные уже задействовали обезьян для исследования аутизма, свиней для изучения болезни Паркинсона или хорьков для лучшего понимания гриппа.

Одним из наиболее интересных аспектов технологии CRISPR является то, как она позволяет изучать особенности, уникальные для определенных организмов, такие как регенерация конечностей у мексиканских саламандр, старение у рыб и развитие скелета у ракообразных. Весьма интересны записи и рисунки экспериментов с CRISPR – измененные рисунки крыльев бабочек, генетические основы которых обнаружили, или инфекционные агенты, способные проникать в ткани человека. Подобные исследования открывают новые истины о мире природы и о генетическом сходстве, которое связывает все организмы вместе. Они очень интересны.

Уже существуют приложения для редактирования генов, которые больше напоминают научную фантастику, чем контент научных журналов. Например, вы удивитесь, узнав, что несколько исследовательских групп используют CRISPR для «очеловечивания» различных генов у свиней в надежде, что однажды страшная жизненная проблема многих больных – нехватка донорских органов для пересадки, может быть решена с помощью трансплантации органов, выращенных у свиней (или других животных), в организм человека. Для подтверждения того, что в настоящее время возможно изменять внешний вид животных, компании использовали технологии редактирования генов для создания новых искусственно сгенерированных зверей, таких как свиньи, гены которых никогда не дадут им вырасти крупнее маленьких собак. Некоторые лаборатории предпринимают начинание, известное как «возрождение», которое является не чем иным, как воскрешением вымерших видов животных посредством клонирования или генной инженерии. Бет Шапиро, профессор Калифорнийского университета в Санта-Крузе, с энтузиазмом использует эту стратегию, воссоздавая вымершие виды птиц, для изучения их связи с современными видами. В том же духе, с помощью использования CRISPR, уже предпринимаются усилия по постепенному преобразованию генома слона в геном шерстистого мамонта.

По иронии судьбы CRISPR может также позволить достичь и обратного эффекта: насильственного уничтожения нежелательных животных или патогенов. Да, когда-нибудь в ближайшем будущем CRISPR может быть использована для уничтожения целых видов – применение технологии, которое было сложно вообще когда-либо представить.

Некоторые из усилий в этой и других областях естественного мира имеют огромный потенциал для улучшения здоровья и благополучия человека. Другие же напротив легкомысленны, причудливы или даже опасны. Необходимо осознавать все риски, связанные с редактированием генов, особенно в свете его бурного развития и использования. CRISPR дает нам возможность радикально и необратимо изменить биологическую сферу, предоставляя нам способ переписать молекулы жизни на Земле любым желаемым способом. На данный момент, возможно, этот вопрос недостаточно обсуждается – в научных кругах не столь много дискуссий о возможностях, которые открывает технология CRISPR – и для блага, и для зла. Это очень захватывающий момент в науке о жизни, но мы не можем позволить себе слишком увлечься. Важно помнить: несмотря на то, что CRISPR обладает огромным и неоспоримым потенциалом для улучшения мира вокруг нас, вмешательство в генетические основы нашей экосистемы также может иметь непредвиденные последствия. Только мы несем ответственность за предварительную оценку предполагаемых последствий и за участие в глобальной, публичной и всеобъемлющей дискуссии о том, как наилучшим образом использовать редактирование генов в мире природы, пока не стало слишком поздно.

В 2004 году команде учёных из Европы удалось разгадать давнюю загадку, с которой имели дело селекционеры ячменя. Исследователям удалось обнаружить генные мутации, которые сделали это растение устойчивым к пагубному грибку, вызывающему болезнь, известную как мучнистая роса, – болезнь, которая долго являлась проблемой для фермеров, производящих элитные сорта ячменя по всей Европе. Мучнистая роса – заболевание растений, вызываемое микроскопическими эктопаразитическими грибами из порядка мучнисторосяных. Поверхность листьев поражённого растения покрывается белым налётом, на котором впоследствии возникают капли жидкости, отчего данное заболевание и получило название «мучнистая роса». Учёным удалось выделить мутантный, устойчивый к грибкам штамм ячменя, – его можно было отследить в семенах ячменя, собранных в зернохранилищах в юго-западной Эфиопии во время немецких экспедиций в конце 1930-х годов. Там, спустя некоторое время после одомашнивания ячменя (около 10 тысяч лет назад), мутированная версия гена под названием М1о появилась спонтанно и была выбрана фермерами, которые стремились выращивать только самые здоровые и самые урожайные растения.

CRISP-измененные крылья бабочек

Этот спровоцированный человеком эволюционный процесс – естественная мутация – сопровождается искусственным отбором, а не естественным, каким он был на протяжении столетий. Как отметил в своей речи в 1901 году агроном Лютер Бербанк, – виды растений не были фиксированными и неизменными, а скорее «пластичными в наших руках, словно глина в руках гончара или краски на холсте художника, которые легко можно превратить в более красивые формы и цвета, о которых мечтает любой художник или скульптор».

Фактически само открытие мутантного гена М1о в ячмене было сделано благодаря эксперименту с немецким сортом ячменя, облученном рентгеновскими лучами в 1942 году. Учёные обнаружили, что если подвергать семена воздействию радиации или замачивать их в химических веществах, вызывающих мутации, это способствовало заселению генома спорадическими новыми мутациями, благодаря которым можно было бы вырастить растения с желаемыми признаками.

Мутантные штаммы, полученные при помощи этих методов, генетически изменены неизвестными способами среди сотен или даже тысяч различных генов. Если среди этих случайных генетических изменений штаммы обнаруживают сходные мутации, такие как в гене Mlo, все полученные в результате растения могут иметь желаемый признак – в данном случае устойчивый к грибкам ячмень. Спустя десятилетие после выявления в 2004 году защитной мутации Mlo у ячменя, разрушение этого же гена было связано с устойчивостью к мучнистой росе у некоторых других растений. Это привело к пониманию того, что многие другие культуры могут быть наделены устойчивостью к мучнистой росе путем изменения гена Mlo.