Человек редактированный, или Биомедицина будущего

Киселев Сергей Владимирович

Но вирусные кусочки текста могут оказаться и в тех десяти процентах генома, которые сами не являются генами (то есть не кодируют никаких белков), а управляют их работой — осуществляют тонкую настройку, определяя, в какой момент синтез какого белкового «кирпичика» необходим для строительства клетки. Попадание вируса в эту часть генома может привести к совершенно разным последствиям — как положительным, так и отрицательным или, до поры до времени, ни к каким. Тогда вирусный фрагмент может оказаться некой бомбой замедленного действия, которая сработает в определенных условиях.

Что это за условия? Самые разные. Например, существуют патологии, которые проявляются с возрастом. В молодости повышенная или пониженная

работа гена, вызванная случайным вирусным фрагментом в области регулирования его работы, не будет заметно сказываться, потому что происходит активный метаболизм, ненужные белки быстро утилизируются или разрушаются и выводятся из организма, а недостаток одного из белков компенсируется каким-то другим. Однако с годами клеточный мусор будет накапливаться, скорость синтеза белков падает, и это может привести к развитию определенной патологии.

Спокойно! Вы модифицированы!

Сегодня мы знаем достаточно много вирусов, которые живут во всех нас. Это и вирус герпеса, и еще целый вирусов на основе ДНК, которыми наши клетки могут быть инфицированы. Вирус герпеса известен всем чаще всего он проявляется язвочкой, которая вскакивает у больного на губах или в носу. «Ой, заразился», — думает бедняга. Но на самом деле этот человек также стал генетически модифицированным из-за вируса герпеса, который поселился в его организме теперь навсегда.

К счастью, потомству этот вирус не передается. Он имеет определенную локализацию; попал, например, в геном клеток слизистой вокруг рта и спокойно живет там в латентном состоянии, пока у человека не ослабнет иммунитет — в этом случае вирус немедленно начинает размножаться и проявляется в виде язвочки на губах.

Но что происходит с вирусом, который сначала заразил один организм, а потом попал от него к другому? Несет ли он на себе какой-то отпечаток своего пребывания в организме первого? Да, за счет неточного вырезания из генома вирус может прихватить фрагмент генома хозяина...

Можно сказать, что такой вирус приобретает нечто человечье, но и человек приобретает нечто вирусное. Отсюда с абсолютной точностью следует очевидный вывод:

Мы все немножко генетически модифицированы!

Обмен фрагментами генома происходит не только между человеком и вирусами, но и внутри человека между его клетками регулярно происходит обмен генетической информацией. Эти события происходят в результате описанной Джошуа Ледербергом генетической рекомбинации. Суть в том, что один генетический фрагмент обменивается кусками генетического текста с другим генетическим фрагментом. Это нормальный, естественный процесс, который имеет место во всех живых организмах, в том числе и у млекопитающих. Во время мейоза [5] происходит обмен генетическим материалом (фрагментами ДНК) между гомологичными (подобными) хромосомами, это явление носит название кроссинговер. Например, имеются восемнадцатая хромосома, доставшаяся от отца, и восемнадцатая хромосома, доставшаяся от матери, и они поменялись между собой какими-то частями. По сути, хромосомы остались теми же самыми, и гены в них те же и в той же самой линейной последовательности.

5

Деление ядра половой клетки, приводящее к уменьшению количества хромосом в два раза; в результате образуются гаметы, несущие гаплоидный набор хромосом. — Прим. ред.

Но помните, мы уже говорили, что папин геном отличается от маминого на два миллиона букв, то есть вроде бы одинаковые хромосомы отличаются на сорок тысяч букв. А в результате рекомбинации, то есть обмена кусочками генетического

текста, у нас уже нет ни чисто папиной, ни чисто маминой хромосомы, а возникает новое генетическое сочетание, которое обеспечивает еще большее разнообразие будущим внукам, чем различие в два миллиона букв. Стремление к наибольшему генетическому разнообразию — это закон природы.

Рис. 3. Кроссинговер происходит с частотой один миллион букв на клетку во время деления

Генно-инженерные технологии

С момента открытия Джошуа Ледербергом процесса генетической рекомбинации прошло более семидесяти лет, но и сегодня это открытие считается одним из важнейших, поворотных событий в истории человечества. В частности, на его основе были созданы генно-инженерные технологии — или, как их еще называют, технологии рекомбинантной ДНК, — без которых сегодня немыслимы многие области медицины, сельского хозяйства, пищевой, нефтяной и других видов промышленности.

Открытие генетической рекомбинации показало, что генетический текст (ДНК) можно в каком-то месте разрезать и в этот разрез вставить фрагмент любого генетического текста из того же самого или другого организма. Как вы уже знаете, это умеет делать вирус. Дело оставалось за малым: понять, как это смогут сделать генные инженеры.

Каким же образом вирус разрывает генетический текст? Должен быть какой-то инструмент, «ножницы», нарушающие целостность нити ДНК.

И такой инструмент был обнаружен. Им оказались ферменты рестрикции (рестриктазы). В данном случае ученые нашли ферменты, которые нарушали целостность молекулы ДНК в определенном месте.

Рестриктазы узнают в молекуле ДНК коротенькое слово генетического текста из четырех — восьми определенных букв и вносят в это место ДНК двухцепочечный разрыв.

Они были обнаружены в бактериях, но оказалось, что подобно генетическому коду многие биологические процессы универсальны, и ферментам рестрикции было совершенно все равно, чью ДНК и где разрезать. Они не имели видовой специфичности и прекрасно работали как в клетке, так и вне ее, в пробирке. За открытие рестриктаз в 1978 году американцы Даниел Натане и Хамилтон Смит вместе со швейцарским генетиком Вернером Арбером получили Нобелевскую премию по медицине и физиологии.

Именно эти два свойства генетического кода ДНК и ферментов — универсальность и сохранение свойств вне клетки, в пробирке — положили начало всем биотехнологическим и биомедицинским достижениям XX и XXI веков.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) бактериальной клетки ничем не отличается от ДНК клетки человека, кроме содержания генетического текста. Давайте представим себе генетический текст бактерий как текст тоненькой брошюрки, а генетический текст человека как текст многотомного издания. Но если мы оба текста разрежем на отдельные буквы, слова и даже предложения, то, перемешав, сможем составить новый текст с тем смыслом, который захотим ему придать. Помню, в детстве я слышал историю о том, как один заключенный, прочитав много детективов, из отдельных фраз и фрагментов прочитанного составил свой детектив, который пользовался большой популярностью. Так и здесь: если разрезать два генетических текста, а потом их фрагменты смешать в одной пробирке — вне клетки, вне организма, — то за счет рекомбинации два разных фрагмента могут объединиться в один. И неважно, что один фрагмент ДНК взят из бактерии, а другой из клетки человека. Рекомбинация все равно произойдет, и образуется новая, синтетическая молекула, в которой часть будет представлена бактериальным геномом, а часть — фрагментом генома человека.