Валерия Черепенчук - Генетика за 1 час
С чего же началась эра генетической инженерии (именно так принято называть всевозможные манипуляции с выделением, копированием, переносом генов)?
В 1973 г. американцы Герберт Бойер (1936 г. р.) и Стэнли Норман Коэн (1935 г. р.) перенесли в бактерию ген вируса, предварительно «вырезав» нужный кусочек ДНК. Молекулы ДНК, которые в результате манипуляций ученых приобрели фрагменты разного происхождения, стали именовать рекомбинантными. Интересно, что вскоре после успешного завершения своих экспериментов ученые сами обратились в Национальную академию наук США с предложением создать специальный международный комитет для оценки вероятных угроз в результате создания рекомбинантных ДНК. В случае признания потенциальной опасности Бойер и Коэн были согласны на мораторий в области подобных экспериментов. Результатом стало создание в 1974 г. Консультативного комитета по рекомбинантным ДНК (Recombinant DNA Advisory Committee, или RAC). Исследования продолжились.
Сейчас при помощи методов генной инженерии в области сельского хозяйства создают сорта растений, устойчивые к вредителям и пестицидам, не боящиеся морозов; в мире созданы и успешно применяются несколько десятков генно-инженерных лекарственных препаратов. В 1990 г. методы генной инженерии были применены для лечения девочки по имени Ашанти де Сильва, страдавшей от тяжелого иммунодефицита. В клетки крови Ашанти были встроены гены, способствовавшие синтезу недостающих элементов. Правда, в настоящее время подобные исследования приостановлены – выяснилось, что в ряде случаев генная терапия человека способствует образованию раковых клеток. Сейчас ведутся работы по снижению онкогенного эффекта.
Также 1970-е гг. ознаменовались еще несколькими важными открытиями. Фредерик Сенгер (1918–2013 гг.) еще в начале 1950-х гг. занимался изучением структуры белков и нуклеиновых кислот. Ему принадлежат фундаментальные исследования инсулина – гормона, без которого в буквальном смысле невозможна жизнь миллионов людей, страдающих диабетом. (В 1958 г. за работы в этой области Сенгер получил свою первую Нобелевскую премию.) Затем ученый заинтересовался определением последовательностей в цепях ДНК. Как уже говорилось, любая ДНК отличается невероятной длиной, и даже простое описание ее структуры представляет собой тяжелый кропотливый труд. Еще за несколько лет до опытов с ДНК Сенгер предложил помечать элементы ДНК и РНК, предназначенные для исследования, радиоактивными изотопами. Это позволило сократить количество экспериментальных материалов. Что же касается его метода чтения последовательностей ДНК, то он был основан на разделении цепей на фрагменты и последующем установлении закономерностей в этих фрагментах. Определение нуклеотидной последовательности ДНК получило название секвенирования. Фредерик Сенгер и его коллеги в 1977 г. наглядно продемонстрировали достоинства своего метода, описав последовательность ДНК вируса Эпштейна-Барр. Она состояла из 5375 оснований! В 1980 г. Сенгер получил вторую Нобелевскую премию по химии вместе с Уолтером Гилбертом (1932 г. р.) и Полом Бергом (1926 г. р.), став единственным в истории британцем, удостоившимся этой премии дважды.
Еще одна важная отрасль науки, связанная с генетикой, – клонирование. Так же, как и генные модификации, воспроизводство клонов бурно обсуждается и становится основой для смелых теорий и фантастичских фильмов.
Что такое клон с точки зрения биологии? Это организм, полностью подобный исходному, с таким же набором генов, полученный путем бесполого размножения. Как ни странно это звучит, но большинство из нас неоднократно занимались воспроизводством клонов, даже не задумываясь об этом. Как? Вспомните, наверняка вам доводилось, например, взять листочек от понравившейся вам фиалки или другого растения, укоренить его и через некоторое время любоваться новым цветком. А ведь это и есть примитивный пример клонирования! Сам термин «клонирование» происходит от греческого «побег», «отпрыск» – подобный способ размножения растений был известен людям с глубокой древности. Но как можно клонировать животное или человека? Да и возможно ли? В XX в. оказалось, что возможно. После открытия структуры ДНК, хромосом, структуры ядра клеток были начаты исследования в этой области.
Еще до Второй мировой войны проводились исследования по пересадке ядра из одной клетки в другую. В 1962 г. профессор Оксфордского университета Джон Гёрдон (1933 г. р.) пересадил ядро клетки лягушки в неоплодотворенное яйцо второй лягушки и дождался появления головастика. На следующий год слово «клон» вошло в научную практику, и опыты продолжились. В частности, было доказано, что можно клонировать целый организм, используя изолированные клетки: попытка вырастить целую морковь из клеток корневища увенчалась успехом.
Вскоре начались опыты с млекопитающими. В 1979 г. Карл Илменси (1939 г. р.) заявил об успешном клонировании мыши. В 1996 г. появилась на свет овечка Долли – первое в мире животное, клонированное из клетки взрослой особи.
Следует сказать, что, по мнению многих исследователей, клонирование до сих пор остается интересным, но невыгодным и в научном, и в финансовом плане направлением: очень высок процент неудачных попыток (в случае с Долли их потребовалось более 270!), кроме того, клоны животных часто страдают серьезными патологиями. Но многих сейчас соблазняет перспектива путем клонирования воссоздать вымерших животных – например, мамонта.
А что же с клонированием человека? Конечно, интерес к нему возник после первых же удачных опытов 1960-х гг. У перспективы получения «человеческих клонов» сразу появились и яростные противники, и убежденные сторонники. В настоящее время все вопросы, связанные с клонированием человека, в большинстве стран регулируются законодательно, и многие государства запрещают работы в этом направлении. В большинстве случаев речь пока идет о терапевтическом клонировании – воспроизведении отдельных тканей или формировании клона до ранней эмбриональной стадии: в пределах нескольких десятков клеток. Впоследствии взятые из этого эмбриона так называемые стволовые клетки используются для лечения самого донора: их главное достоинство в том, что они не будут отторгаться его иммунной системой.
Полное воспроизведение организма, идентичного исходному, называется репродуктивным клонированием. Терапевтическое клонирование можно применять в том случае, если, например, необходима пересадка в результате тяжелой болезни или травмы. Ведутся споры о том, можно ли считать терапевтическим формирование эмбриона и насколько этичны такие способы получения материала.
«я верю, что мы занимаемся наукой в первую очередь не для того, чтобы достичь богатства или даже славы, но только потому, что мы заинтересованы в нашей работе, наслаждаясь процессом, и точно знаем, что это того стоит»
(Фредерик Сенгер)Часть III. Генетика в нашей жизни
3.1. Открытия, препятствия, проблемы и решения: истории о генетике и ученых-генетиках
Учитель без диплома
Интересно, что Грегор Мендель, один из образованнейших людей своего времени, преподававший математику, биологию, физику, латинский и греческий языки, – дважды проваливал экзамены на звание учителя. Причем экзамены именно по биологии! Что было причиной? Рассеянность, увлеченность лишь интересными ему вопросами науки либо что-то еще? Но так или иначе, его весьма ценили как преподавателя и закрывали глаза на отсутствие аттестата.
Чего не сделаешь ради науки!
Когда Томас Морган начинал серию опытов с плодовыми мушками-дрозофилами, он, согласно легенде, обратился к владельцам расположенных поблизости продуктовых лавок с просьбой разрешить ему ловить там мушек. В помещении это было легче делать, чем на улице. Торговцы, конечно, с недоумением смотрели на ученого чудака, но не препятствовали ему в «мушиной охоте»: в конце концов, избавиться от назойливых насекомых они были согласны любым способом. Злые языки утверждали также, что Морган, которому вечно не хватало емкостей для разведения мушек, вместе со своими студентами умыкал молочные бутылки, которые местные жители выставляли по утрам за дверь.
Дела научные и политические
Казалось бы, наука должна быть вне политики. Но, увы, на практике такое возможно далеко не всегда. Яркий пример – развернувшееся в СССР в 1930-е гг. противостояние «классических» генетиков во главе с Николаем Ивановичем Вавиловым и единомышленников агронома Трофима Денисовича Лысенко. Последний утверждал, что укрепившиеся в науке постулаты, заложенные еще Грегором Менделем, ложны. По мнению Лысенко, приобретенные признаки могли наследоваться, а необходимых изменений можно добиться путем «воспитания». Классическая генетика объявлялась буржуазной лженаукой, а ее сторонники приобретали презрительное клеймо «вейсманистов-морганистов». Почему же советское руководство поддержало одиозного агронома? Не последнюю роль сыграло то, что лысенковцы обещали небывалое повышение урожайности сельскохозяйственных культур, а в этом советское государство нуждалось чрезвычайно. Возможно, именно докладная записка на имя Молотова, написанная в 1939 г. от имени ближайшего соратника Трофима Денисовича – Исаака Презента и завизированная Лысенко, стала главной причиной ареста Вавилова, его обвинения в «продвижении заведомо враждебных теорий» и последующей гибели в саратовской тюрьме… После Великой Отечественной войны борьба сторонников Лысенко со школой Вавилова достигла таких масштабов, что большинство генетиков были попросту уволены из научных институтов и лишены возможности проводить исследования.
