Александр Гангнус - Эволюция для всех, или Путь кентавра
В качестве «вектора «-переносчика они использовали мутант того же фага «лямбда» со встроенным в него тем участком ДНК из кишечной палочки, где находится галактозный оперон — группа генов, способная «организовать» производство недостающего соединения. Гибридный фаг впустили в культуру больных клеток человека. В 1974 году Меррил и Станбро объявили, что клетки излечились!
Похожий опыт провела группа ученых США и в 1975 году, излечив клетки, больные так называемым бета-ганглиозидозом.
Не менее привлекательна «обратная задача»: встройка генов высших, скажем человека, в геномы низших, например бактерий. Для чего это надо?
Да для того, чтобы простыми, дешевыми, массовыми методами производить различные лечебные сыворотки, гормоны: ростовой гормон гипофиза, иммуноглобулины — вещества, побуждающие ослабленный детский организм сопротивляться всякой инфекции, белки, позволяющие подавить гемофилию — наследственную несвертываемость крови.
На этом пути есть успехи. Способом, похожим на примененный пущинцами — с помощью рестриктазилигаз, — сумели встроить в плазмиды гены из ДНК морского ежа, управляющие синтезом некоторых белков. Сумели встроить один из генов любимого лабораторного животного генетиков — мушки дрозофилы в геном столь же любимой микробиологами кишечной палочки-выручалочки.
Уже продается в аптеках и спасает жизни миллионов людей человеческий (а не животный, как прежде) инсулин, лекарство от «сахарной болезни» — диабета, полученный в культурах снабженных человеческим геном бактерий.
В сельском хозяйстве трансгены тоже уже работают и приносят прибыль. В 1986 году удалось пересадить один ген из бактерии «тюрингская бацилла» в геном табака. Это был ген, который управлял строительством белка — токсина, то есть яда для насекомых-вредителей этого растения. Ученые продолжают опыты, и уже почти в новом тысячелетии сумели пересадить этот же ген из той же бациллы в культуру риса. Рис — сам! — стал убивать своих двух злейших врагов, желтого и полосатого пилильщиков.
Одна из плазмид, Ti-плазмида перенесла в тот же табак ген, в 10 раз повысивший в растении содержание аспирина, салициловой кислоты и тем избавила его от трех заразных заболеваний и повысила устойчивость к ужасу табаководов — вирусу табачной мозаики. Но эти же чудо-фаги и плазмиды иногда по совершенно непонятным причинам, привнеся тот или иной ген в то или иное растение, не только ничего путного не совершают, но и действуют наперекор, не усиливая тот или иной нужный признак, а даже и подавляя его окончательно. Поиск во многом все еще идет вслепую…
«Золотая мечта» растениеводов — создание сельскохозяйственных растений со встроенным геном фиксации атмосферного азота (Nif-опероном) — пока относится к области фантазии», — писал когда-то академик А. А. Баев. Но добавлял, что этот чудо-оперон, сулящий человечеству революцию в области продуктивности сельского хозяйства (удвоение и утроение урожаев по всей планете!), уже умеют перебрасывать из бактерии в бактерию очень уверенно. Будем надеяться, что эта и другие «золотые мечты» растениеводов не останутся только мечтой.
Тот же случай с французскими учеными, нечаянно заразившимися вирусным геном, наводит и на другие размышления.
— Был такой случай, — рассказывал мне научный руководитель пущинской группы Николай Матвиенко. — Послали статью об очередном эксперименте по генной инженерии в известный международный журнал. Оттуда статью завернули: в статье не указаны гарантии биологической безопасности эксперимента.
— Как вы считаете, правильно завернули?
— Правильно. Опасность, конечно, есть. Вы знаете, как назвал один американец выведенные безопасные векторы-мутанты фаги «лямбда»? Аронфаги! Не догадываетесь, что это значит?
— Нет.
— Подскажу. Это по-английски пишется так: haronphags.
Все ясно! Харон — мифический перевозчик душ усопших в царство мертвых через реку Стикс…
— Хорошо. Ну, а ваш фаг, переносчик генов, его можно отнести к аронфагам?
— Да! Мы много об этом думали. И в тексте работы есть об этом…
— В человеке, — продолжал Н. Матвиенко, — ежедневно продуцируются триллионы кишечных палочек. Это основная масса нашей «кишечной флоры», без которой мы, пожалуй, не смогли бы нормально питаться и переваривать пищу. Представляете, что будет, если на волю вырвется штамм кишечной палочки со встроенным в него опасным геном? Наши организмы не привыкли бороться с кишечной палочкой, она — союзник. И вдруг союзник становится врагом… Последняя конференция в Майами разработала подробную инструкцию о правилах работы генных инженеров. Трудно предположить, что кто-нибудь захочет нарушить эту инструкцию, подвергнуть окружающих страшной опасности. В то же время за рубежом есть частные фирмы, отнесшиеся скептически к инструкции. Что делается в лабораториях этих фирм, общественность часто не знает. Нужны еще, наверное, и какие-то юридические рамки…
Генные инженеры всего мира продолжают поиски новых методов разрезания и сшивания генов. Причем сейчас эти поиски ведутся в основном в направлениях заведомой безопасности самих методов.
Обычно работа идет с организмами, гены которых хорошо известны. Но опасность может подкрасться со стороны… Рестриктазы режут нити — ДНК фага заканчивается не геном, а какой-то его половинкой. Отрезок чужой ДНК, который нужно присоединить, тоже заканчивается обрывком какого-то другого гена. Чаще всего соединение этих двух половинок ничего нового не дает. Но в принципе не исключено, что две половинки разных генов смогут образовать новый ген с совершенно новыми, неизвестными свойствами!
Это значит, нынешний рестриктазно-лигазный метод генной «хирургии» нужно в будущем заменять каким-то более точным, прецизионным методом генного конструирования.
Среди нынешних методов генной инженерии есть и такой. ДНК не режут, а как бы зачищают с концов особым ферментом и «надставляют» другими реактивами. Зачищенные и надставленные концы приобретают свойство «липкости». Этим способом можно связывать почти полные генные наборы двух совершенно разных организмов, получать настоящие генные гибриды. Но и здесь на местах сшивки ДНК образуется до 25 надставленных нуклеотидных пар случайного характера и неизвестного действия! Тот же П. Берг, инициатор моратория, как-то проделал такой опыт: разрезал ДНК одного вируса пополам, а потом сшил обратно эти половинки с зачисткой и надставкой. В ДНК вируса появилось около 50 пар повторяющихся звеньев-нуклеотидов — своего рода грубый шов. И вот этот шов оказался не безразличен для свойств вируса. Он стал «новым геном».
Вирус размножался как ни в чем не бывало, но в нем появились новые свойства, которые заранее предвидеть было невозможно!
Одно из генеральных наступлений генных инженеров сейчас идет на млечную железу коровы. Предполагается, что это изумительное изобретение природы можно использовать в качестве биореактора, заставить вырабатывать, кроме масла и казеина, еще множество биологически активных продуктов и лекарств. Пока ученые нащупывают подходы — и неудачно. Совсем недавно, после многолетних и дорогих экспериментов уже почти, было, получилось, выделили четыре коровьих же гена в качестве переносчиков будущих дополнительных трансгенов, считая, что уж такой переносчик направится куда надо, в молочную железу и больше никуда. В молочную железу посланец, действительно, явился, внедрился, но — увы — не только туда. Еще и в легочную ткань. Брак — последствия такого вторжения, куда не надо, могут быть катастрофическими…
Ученые нередко вынуждены, обязаны отступать, отказываясь от искушения просто удовлетворить любопытство, понадеяться на авось. Уж очень велика опасность в случае неожиданности…
ВСТУПЛЕНИЕ ШЕСТОЕ: КЕНТАВРЫ ЭВОЛЮЦИИ
А что ждет это научное направление в близком и далеком будущем? Даже не в области практического применения, нет. Может быть, не менее важно другое: насколько генная инженерия изменит наши представления о мире, в котором мы живем? О жизни, о биологии как науке и, наконец, об эволюции, об истории наших предков?
Чарльз Дарвин наблюдал то, что до него наблюдали сотни биологов, селекционеров. Путем направленного отбора, подхватывания нужных свойств в веере случайной естественной изменчивости человек выводит за десятки, сотни, самое большее тысячи лет разновидности и породы домашних животных и растений, резко отличающихся от диких предков (и смешная болонка, и телкообразная московская сторожевая — это только породы, разновидности одного вида животного, дикий прототип которого — серый волк!). Все видели чудесную силу отбора, поражались, восхищались ею, но только Дарвину пришло в голову, что нечто подобное может происходить и в природе, где тоже идет отбор, естественный отбор самых жизнестойких, самых плодовитых. Только сроки естественных превращений другие. Так появилось эволюционное учение Дарвина — дарвинизм.
