Человек редактированный, или Биомедицина будущего
Шрифт:
Потом этот искусственно созданный геном, содержащий ген человека, мы можем ввести в бактерию. В результате в бактериальной клетке прекрасно начнет работать ген человека, который мы туда вставили с помощью технологии рекомбинантной ДНК; более того, он будет передаваться по наследству и окажется у всех многочисленных потомков этой бактерии.
Перенос генов и начало биотехнологии
Впервые осуществил и продемонстрировал перенос гена из одного организма в другой известный американский ученый Пауль Берг, лауреат Нобелевской премии 1980 года. Свой эксперимент ученый провел в 1971 году, но тогда речь шла только о генах микроорганизмов, поскольку технологии рекомбинантной ДНК по переносу генов между клеткой бактерии и клеткой человека еще не существовало. Тем не менее Пауль
Немного позже биохимик Герберт Бойер и генетик Стенли Коэн воспользовались открытием Пауля Берга и в середине 1970-х годов впервые перенесли ген инсулина человека в бактериальную клетку. Задача состояла в том, чтобы заставить ее синтезировать инсулин человека — белок, который можно было бы использовать для лечения больных диабетом.
С практической точки зрения главным достижением Г. Бойера и С. Коэна было открытие того, что любой ген человека можно переместить в подходящую бактериальную клетку, и бактерия будет безропотно производить белок, закодированный им, вне организма человека.
Рис. 4. Перенесение гена инсулина человека в бактериальную клетку
Наверное, может возникнуть вопрос: а зачем переносить ген именно в бактериальную клетку? Ведь все это есть и в клетке человека! Да, конечно, но... Для выращивания бактериальных клеток используются очень дешевые питательные среды — отходы пищевого производства, перегонки нефти, газ. Бактерия делится примерно один раз в двадцать — тридцать минут, а клетка человека — раз в несколько дней. Представьте себе, что вы на микробиологическую чашку Петри посадили одну-единственную клетку, в которую ввели одну-единственную копию синтетического гена. Назавтра, достав из инкубатора чашку Петри, вы увидите небольшую, но хорошо заметную глазом точку размером в один-два миллиметра, ведь там уже находится больше 107 клеток! Десять миллионов копий гена за одну ночь можно получить в этой бактериальной колонии, которая состоит из потомков одной-единственной клетки и получила название клон (а сам процесс стали называть клонированием). Представляете, сколько инсулина человека смогут производить десять миллионов клеток!
Клонирование — это получение точной копии в поколениях. Само слово «клон» по-гречески означает «ветвь», «отпрыск», «потомок». Более ста лет назад в США термин «клон» (ветвь) пытались ввести в растениеводстве, чтобы различать сельскохозяйственные растения, полученные вегетативным путем (из укорененных частей растений), а значит, точные копии. Ведь при опылении одного растения другим уже происходит оплодотворение — смешиваются два генома, получается новый геном.
Однако тогда термин «клон» не прижился, зато получил вторую жизнь в молекулярной биологии, генной инженерии, биотехнологиях и биомедицине.
Таким образом, применив биотехнологические подходы, включающие клонирование и выделение инсулина человека из бактериальной биомассы, человечество полностью решило проблему инсулиновой зависимости. И сегодня все люди, страдающие инсулинозависимыми формами диабета, пользуются рекомбинантным инсулином, который производится бактериями.
Инженерия живого
Перед генетикой, дерзнувшей проникнуть в святая святых живого организма, чтобы определять возможность наследования признака (причем не на протяжении веков и тысячелетий), стали возникать проблемы, далеко выходящие за собственно генетические рамки.
Когда Пауль Берг открыл явление переноса генов, его самого это открытие повергло в шок: если любой ген одного организма может быть перенесен в другой организм, то что из этого может получиться?! Не перемешаем ли мы все живое на Земле? Основатель генной инженерии первым предположил возможные отрицательные последствия своего открытия.
В 1974 году Берг отправил в крупнейшие научные журналы письмо, в котором призвал приостановить как минимум на год любые операции с рекомбинантной ДНК и созвать всемирную конференцию для обсуждения потенциальных рисков таких технологий. Он и сам приложил
Неужели этот страх оправдан и мы должны ограничивать себя в познании? Ежедневно на планете Земля появляются сотни новых видов живых существ и сотни видов исчезают бесследно. Процесс естественного создания нового генетического текста идет постоянно — за счет переноса генов, за счет мутации от ультрафиолета, естественной радиации, да и просто от случайных событий при копировании текста ДНК. Миллионы видов, триллионы особей, квадриллионы случайных событий... А остаются существовать только те варианты генетического текста, благодаря которым их носители случайно, но наилучшим образом приспособились к окружающей среде. Сравните окружающую среду для бактерии на капустном листе и в тепличных лабораторных условиях. В лаборатории нет ни перепадов температур, ни аномальной влажности, ни наличия конкурирующих видов — все только для одного клона, обладающего ценными качествами. Но именно поэтому все бактериальные штаммы, все линии клеток, которые используются в генной инженерии, могут существовать только в лабораторных условиях — в природе они сразу погибнут.
За почти полвека, прошедшие со времени Асиломарской конференции, технологии значительно шагнули вперед. Вместо человека-ученого, который ставил уникальные эксперименты и открывал что-то новое в природе, сегодня роботизированные комплексы могут делать все операции по клонированию, анализу клеток, секвенированию генома (чтению генетического текста). Нужен лишь техник-лаборант, который умеет обращаться с реактивами и выключать свет.
КОНФЕРЕНЦИЯ В АСИЛОМАРЕ
Первая и последняя конференция по рекомбинантной ДНК и генной инженерии состоялась в 1975 году в Асиломаре, Калифорния, США.
В конференции, проходившей на ядерном полигоне, приняло участие более сотни специалистов из разных областей. Кстати, тогда вклад нашей страны в генетические исследования был оценен весьма достойно: пять ведущих биологов СССР принимали участие в этом обсуждении. О главной теме конференции можно судить по карикатурам, которые тогда появились: сидят ученые в каком-то бункере и обсуждают, что нужно сделать, чтобы созданная ими жизнь не вырвалась наружу. А в советских школах на уроках биологии шутили, что это будет как в мультфильме «Бременские музыканты», когда появилась ослиная голова и закукарекала, или перенесут какой-нибудь ген трактору, и тот замычит.
С одной стороны, это доказывает, что природа на самом деле устроена достаточно сложно (и не просто же так за открытия, которые подарили человечеству новые технологии, несколько десятилетий назад присуждались Нобелевские премии). С другой стороны, благодаря ученым-первооткрывателям сегодня эти эксперименты стали обыденной технологией, которую каждый может воспроизвести на кухне. Интернет полон информации о том, как это сделать и каких результатов добиваются люди.
Недавно даже появились люди, которые почему-то стали называть себя хакерами в биологии — биохакерами. В бытовых условиях они пытаются воспроизвести то, чем занимаются большие биотехнологические корпорации. Они выделяют ДНК, проводят простейшие опыты по молекулярному клонированию и пытаются модифицировать свой организм... Короче, «развлекаются». Они уже могли бы нанести миру большой вред в смысле получения новых и опасных микроорганизмов, однако пока, к счастью, ничего, кроме вреда, нанесенного самим себе, от них нет.
Работа с генами вне клетки
Благодаря открытию генетической рекомбинации человечество получило возможность работать с генами, которыми, как оказалось, можно манипулировать вне организма. Работа эта непростая. Например, надо получить ген, то есть вырезать из полного генетического текста всего пару предложений, а для этого сделать два разрыва в ДНК человека. В коротеньком генетическом тексте бактериальной клетки, который у кишечной палочки, любимицы молекулярных биологов и генных инженеров, в тысячу раз меньше, чем у человека, фермент рестрикции делает только один разрыв, чтобы можно было вставить туда вырезанный ген.