Пьер Кернер - Я, паразит

Но сенсационный способ, которым бактериофаги заражают бактерии, и эффективность этого бактериального геноцида, очевидно, впечатлили не весь мир. Зарождающаяся фаговая терапия не устояла перед повальным увлечением антибиотиками и их догматизацией в западной медицине. Фаговая терапия сегодня скорее ассоциируется с восточными лечебными практиками, точнее, ближнеближневосточными, потому что ими пользуются в странах Восточной Европы из бывшего советского блока, где бактериофаги все еще применяют для лечения различных бактериальных инфекций. Эти методы лечения пока не одобрены за пределами России, Польши и Грузии, но многие больные совершают паломничество в эти страны для избавления от недугов, не излечимых другим способом. Возможно, бактериофаги станут вашими союзниками в такой вовсе не холодной войне против бактериальных штаммов, мультирезистентных к антибиотикам… Тем более что эволюция позаботилась о союзе людей и бактериофагов задолго до вашей современной медицины. Недавно ученые обнаружили, что кишечная слизь большинства животных от природы насыщена бактериофагами. Не исключено, что между животными и вирусами существует древняя связь, а бактериофаги даже могут быть компонентами иммунной системы.

Биологическое оружие, которым мы пользуемся в войнах с другими видами, вдохновило людей не только на создание лекарств. Они превратили его в ультрасовременные научные инструменты, чтобы те помогали им в поисках истины. Подобно анатомам, исследующим структуру, функции и тайны плоти при помощи ножниц и скальпелей, молекулярный биолог, чтобы изучать и анализировать геном, нуждается в инструментах, только совершенно иного размера. Поле боя между бактериофагами и бактериями стало для биологов источником самых невероятных инструментов. Давайте проведем инвентаризацию арсеналов каждой из воюющих сторон.

Для размножения вирус-бактериофаг вводит в бактерию свой генетический материал, частичку ДНК или РНК, вынуждая ее следовать инструкциям вирусного генома и производить новые вирусы. Но бактерии, изобилующие сегодня на поверхности планеты, обычно бывают потомками штаммов, которые издавна вступали с нами в схватки и создали страшное оборонительное оружие. Особенно эффективны их ферменты-ножницы — рестрикционные ферменты, способные нацеливаться на небольшие последовательности в ДНК определенных бактериофагов, чтобы их искромсать. Собственный геном бактерия защищает от рестриктаз с помощью метки, поставленной другими ферментами, метилазами, которые, как шаманы, окружают свои святилища охранительной магией и отдают ферментам-ножницам приказ удовлетворять свою страсть к разрушению в другом месте. Восхищенные этой генной инженерией, ученые взяли на вооружение все молекулярные инструменты, и те, что режут, и те, что метят, и те, что склеивают, копируют и обменивают… С их помощью они копаются в ДНК и производят манипуляции в своих пробирках, подобно анатомам, склоняющимся над секционным столом.

Но особенно пригодилась ученым наша гибкость йогов, позволяющая ради воспроизводства нашего генома в клетках-хозяевах проникать сквозь, казалось бы, непреодолимые барьеры. Некоторые из наших молекул умеют выключать молекулярный шум в клетках-хозяевах, заставляя их сконцентрироваться и войти в медитативный транс, посвятив себя исключительно нашей репликации. Другой метод основан на принципе путешествия в астрал: мы сливаем наш генетический материал с материалом клетки-хозяина и вводим себя в своего рода самогипноз. Когда во время этого короткого момента релаксации хозяйская клетка делится, вместе с ее собственной копируется и наша ДНК. Через некоторое время наш маленький геном реактивируется и покидает геном хозяина, чтобы образовать новые вирусные частицы, которые продолжат паломничество к соседним клеткам. Вставка нашего генетического материала в геном хозяина иногда приводит к нежелательным последствиям, например к неприглядным разрастаниям на теле кроликов и людей, о чем уже говорилось в главе IV. Но эта наша способность дала исследователям возможность экспериментировать с живыми клетками: вводить в них чужеродную ДНК, изменять их функционирование, вставлять ДНК в их геном… Можно сказать, что мы, вирусы, служим молекулярным складным ножом, которым вот уже несколько десятилетий вы пользуетесь, чтобы генетически видоизменять бактерии, растения и животных с целью лучше понять их функционирование.

Оснащенные этими потрясающими инструментами, молекулярные биологи постепенно расшифровывают эзотерические сообщения, скрытые в генетической памяти живых организмов. Но их попытки менять геном подчас приводят к неожиданным последствиям. Пользоваться молекулярными ножницами вне пробирки совсем не легко, к тому же интеграция вируса в ДНК другого организма плохо поддается контролю. Проблема в том, что наш геном, иногда несколько его копий, вставляется в случайные места генома клетки-хозяина. Нам-то хаос нипочем, но такое положение дел, видимо, противоречит вашей потребности в порядке и дисциплине. Поэтому вы долго искали инструменты, пригодные для генной инженерии. И снова именно вооруженный конфликт между бактериофагами и бактериями позволил вам в 2012 году получить высококачественную модель бактериальных ножниц — систему CRISPR/Cas9.

Как мы видели, ферменты рестрикции представляют собой эффективную, но не слишком лабильную систему: они способны распознавать строго определенные мотивы в последовательности ДНК, а значит, бактериофаги, в чьем геноме такие мотивы отсутствуют, не боятся бактериальных атак. Между тем некоторые бактерии выработали другой инструмент, позволяющий атаковать практически любое место в вирусном геноме бактериофага. При заражении вирусами эти бактерии вставляют небольшие фрагменты вирусного генома в определенные места своей собственной ДНК, называемые CRISPR. Эта область ДНК транскрибирует вирусный геном в РНК, мессенджерную форму генетического кода, которая обычно служит матрицей для синтеза белков. Только в данном случае вирусная РНК отправляет сигнал режущим ферментам-убийцам Cas9. Последние терпеливо ждут информации и, как только обнаруживают фрагменты РНК, несущие копии участков вирусного генома, переходят в атаку. Они узнают бактериофаг, присоединяются к нему и отрывают ему баш… э-э-э… наше дзен-сознание предпочитает проигнорировать этот образ.

Если позже бактерия заражается новыми вирусами, она расширяет свой репертуар CRISPR, и ее собственный геном модифицируется для включения целого каталога геномных фотороботов бактериофагов, подлежащих уничтожению. Очевидно, иммунная система у нее адаптивная, и, поскольку новые данные включены в наследственный материал, бактерия передает потомству весь свой арсенал, наработанный за время столкновений с вирусами-бактериофагами.