Стивен Котлер - Мир завтра. Как технологии изменят жизнь каждого из нас

Чтобы справиться с напастью, последние 15 лет пытаются выйти за рамки химической войны и обратиться за помощью к генетике. Ученые вознамерились создать трансгенного комара – такую его генетическую модификацию, которая была бы неспособна переносить болезни. Идея заключалась в том, чтобы этот безвредный комар вытеснил все прочие виды подобных насекомых. Над этим проектом сейчас трудится семь научных коллективов в Америке и Европе, и их деятельности придается все большее значение.

Теперь каждый может зайти в какую-нибудь лабораторию молекулярной биологии и увидеть в микроскоп комара, отличающегося от всех когда-либо существовавших в природе. У него есть черта, которой не встретишь больше нигде в природе, – пара ярких, зеленых, флуоресцентных глаз. Эти глаза комар получил в результате успешной генетической модификации. Они наглядно доказывают, что один из самых передовых в научном смысле методов борьбы с болезнями действительно осуществим, а если мы не будем до крайности осмотрительны и осторожны, то нанесем непоправимый ущерб нашим экосистемам или, хуже того, создадим новые, еще более губительные болезни. Но, как бы то ни было, одно можно утверждать наверняка: биоинженерный комар перестал быть мечтой. Он стал явью, и очень многое зависит от того, как мы будем действовать дальше.

Прежде всего следует разобраться в том, каким образом сложилась нынешняя ситуация, и начать надо со взаимоотношений между малярией и комарами. Из 2500 видов комаров, существующих во всем мире, лишь малая доля в результате эволюции приучилась питаться человеческой кровью. И по мере того, как комары учились уживаться с людьми, малярийные паразиты учились уживаться с теми и другими.

Этой болезни подвержено большинство млекопитающих и некоторые виды птиц. До сих пор все трансгенные исследования выполнялись с теми разновидностями малярии, которые поражают птиц и грызунов, но методы переноса всех видов малярийных паразитов одинаковы. Процесс передачи начинается, когда голодная самка комара (а кровососущими являются только самки) подкрепляется кровью инфицированного животного и при этом проглатывает малярийного паразита. В течение нескольких суток паразит остается в кишечнике комара, где его репродуктивные клетки вызревают и высвобождают тысячи малярийных спорозоитов, которые через кровеносную систему комара проникают в его слюнную железу. Весь цикл длится 10 дней. И когда в следующий раз комар кого-то кусает, малярия передается дальше.

Этот жизненный цикл возбудителя малярии был известен ученым уже в начале XX века, но первые попытки сделать насекомых нашими союзниками в войне с болезнью датируются 1930-ми годами, и связаны они с научной деятельностью Барбары Мак-Клинток. В 1983 году Мак-Клинток была удостоена Нобелевской премии в области медицины за открытие коротких цепочек ДНК, называемых транспозонами, или прыгающими генами. Прыгающий ген получил такое название потому, что белки, которые он кодирует, могут разрывать хромосому, запрыгивать внутрь и снова «зашивать» концы, восстанавливая ее целостность. Это открытие позволяет «нагрузить» прыгающий ген другой, более полезной ДНК, например такой, которая помогла бы в борьбе с малярией.

Во всяком случае так было в теории. Чтобы она стала практикой, потребовалось полвека. Но в 1981 году биолог Джеральд Рубин обнаружил прыгающий ген в организме плодовой мушки Drosophilia melanogaster и назвал этот ген «Р». Год спустя, работая совместно с эмбриологом Алланом Спрэдлингом, Рубин использовал ген «Р» в качестве троянского коня для создания первого в мире генетически модифицированного насекомого. «Это было огромное достижение, – говорит Питер Аткинсон, энтомолог из Калифорнийского университета в Риверсайде, один ведущих специалистов по трансгенным комарам. – Ученые взяли ген, который придает глазам красноватый цвет, прикрепили его к «Р», а затем внедрили в организм плодовой мушки. Потомки этой мушки имели красноватые глаза, и их потомки тоже. Эта наследственная черта оказалась устойчивой».

К сожалению, от манипуляций с плодовыми мушками, какой бы интерес они ни представляли для науки, реальному миру ни жарко, ни холодно. Плодовые мушки болезней не переносят и урожай не портят, да и вообще никак не влияют на наше социально-экономическое положение, если не считать их роли в научных исследованиях. «Восьмидесятые годы были временем поисков вслепую, – вспоминает Аткинсон. – Мы думали, что открытие “Р” станет значительным прорывом, но результаты дальнейших исследований и экспериментов были сплошь отрицательные».

К началу 1990-х годов стало ясно, что потенциал «Р» иссяк и пользы от него нет никакой. Ученые принялись за поиски других прыгающих генов. В 1996–1997 году Аткинсон в сотрудничестве с молекулярным генетиком Дэвидом О’Брохта из Мэрилендского университета обнаружил такой ген в комнатной мухе. Этот ген назвали гермесом. Была надежда, что он окажется более полезным с прикладной точки зрения, нежели ген «Р», и уже в следующем году надежда оправдалась: Энтони Джеймс, энтомолог-генетик из Калифорнийского университета в Ирвайне, использовал его для генетической модификации комара, переносящего желтую лихорадку.

Но это было только начало битвы.

Плодовые мушки являются рабочими лошадками современной генетики. В связи с этим существует длинный список их черт, которые идентифицировались и культивировались в лабораторных условиях. Одной из таких черт, к примеру, является цвет глаз. Работая с плодовыми мушками, Спрэдлингу и Рубину достаточно было следить только за изменением цвета глаз, т. е. за генетическим маркером, чтобы убедиться в успешности эксперимента. Но у комаров таких маркеров нет. Поэтому единственный способ выяснить, выполнил ли свою работу прыгающий ген, – дать потенциальным трансгенным комарам размножиться в нескольких поколениях, а потом исследовать их под микроскопом и проверить, сохраняется ли внедренная модифицированная ДНК. С точки зрения долгосрочной борьбы с малярией этот процесс слишком трудоемкий, чтобы быть экономически жизнеспособным. Кроме того, микроскопическое исследование предполагает умерщвление комара, отчего он не сможет дальше плодиться – даже если содержит модифицированную ДНК.

В конце 1980-х годов ученые, пытаясь преодолеть эти препятствия, стали искать легко идентифицируемый генетический маркер, который ассоциировался бы с прыгающими генами. В начале 1990-х годов исследователи из Колумбийского университета начали экспериментировать с медузами, которые под ультрафиолетовыми лучами светились флуоресцентным зеленым светом. Оказалось, что белок, создающий такое свечение, можно внедрить в организм комара, не убивая его. Затем в 2000 году Питеру Аткинсону удалось прикрепить данный белок, получивший название Day-Glo, к «гермесу», и ситуация сразу же изменилась: использование генетически измененных комаров стало восприниматься всем научным сообществом как вполне перспективное направление борьбы с заболеваниями, переносимыми этими насекомыми.