Александр Панчин - Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей
Считается, что вредная мутация, от которой страдал царевич Алексей, досталась ему от прабабушки – королевы Виктории. Вальдемар Прусский, последний достоверно известный гемофилик из потомков королевы Виктории, умер в 1945 году, так и не оставив потомства. Среди живущих ныне потомков королевы не найдено ни одного носителя этого заболевания. Из-за болезни Алексея при дворе оказался шарлатан Распутин, пользовавшийся дурной репутацией в народе, что негативно сказалось на престиже царской власти. История не терпит сослагательного наклонения, но почему бы не посмотреть на падение российской монархии как на процесс не только исторический, но и эволюционный? Естественный отбор уничтожил царскую династию! Разумеется, это некоторая натяжка, но вредная мутация действительно была выведена из оборота, и даже принадлежность к могущественному роду не спасла ее носителей от этого процесса. Но и естественный отбор можно “победить" современными технологиями.
Клонирование может нам помочь сохранить биоразнообразие, спасти от вымирания редкие виды и даже, возможно, воссоздать некоторых животных, успевших исчезнуть с лица земли. Вспомним фильм Стивена Спилберга “Парк юрского периода". В работе над ним участвовали очень хорошие научные консультанты, которые выбрали, пожалуй, наиболее правдоподобный из возможных фантастических сценариев клонирования динозавров. Как это предлагалось сделать? Для начала нам нужно установить последовательность ДНК динозавра. ДНК довольно быстро съедается различными микробами, но есть место, где она должна была сохраниться лучше всего, – кусочек янтаря с застывшим комаром, который пил кровь динозавра, а потом угодил в смолу. Конечно, в прочитанных последовательностях ДНК будут ошибки, но пробелы можно заполнить, используя ДНК какого-нибудь родственника динозавров. Например, лягушки, как это и сделали в фильме. Исправленную ДНК помещаем в яйцеклетку и таким образом получаем клон динозавра.
Увы, даже наиболее правдоподобный сценарий по воссозданию динозавров далек от наших реальных возможностей. Последние из динозавров вымерли более 65 миллионов лет назад, и от их ДНК, скорее всего, ничего не осталось. Но ученым удалось установить последовательности ДНК мамонтов390, птицы моа391 и неандертальцев392, вымерших не так давно. Клонирование могло бы позволить нам воссоздать эти организмы по вышеупомянутой схеме, предложенной сценаристами “Парка юрского периода". В таком ключе особый интерес представляет клонирование неандертальцев, учитывая, что объем их мозга был больше, чем у современного человека. Было бы ужасно интересно познакомиться с ними и выяснить, способны ли они к освоению нашей культуры, понравятся ли им наши фильмы и книги. Для заполнения пробелов в ДНК неандертальцев можно было бы использовать гены современных людей.
Попытки клонировать мамонтов пока рассматриваются лишь в теории, но ученым уже удалось “воскресить” некоторые их гены, связанные с жизнью в холодных условиях393. Американский генетик Винсент Линч с группой коллег прочитали последовательности геномов двух ископаемых мамонтов и трех азиатских слонов (в дополнение к уже известному опубликованному геному африканского слона). Исследователи обнаружили существенные отличия между мамонтами и слонами в генах, связанных с суточными ритмами, развитием волос, сальных желез, формированием жировой ткани и другими важными признаками. В частности, они нашли мутацию в гене рецептора температуры TRPV3.
Ранее эксперименты на мышах показали, что без гена TRPV3 они не чувствуют высокую температуру, но холод воспринимают. Линч с коллегами внедрили такой ген в культуру клеток человека и продемонстрировали, что мутантный TRPV3 мамонта при высокой температуре работает менее активно, чем обычный вариант белка. Возможно, у мамонтов не было необходимости реагировать на жару, поскольку они редко с ней сталкивались. Любопытно, что этот же белок связан с развитием волос у мышей – некоторые изменения белка приводят к выпадению волос, а значит, мутациями в гене TRPV3 может объясняться и отсутствие волосяного покрова у современных слонов.
В “Парке юрского периода” есть еще несколько интересных, хоть и спорных биологических моментов. Чтобы динозавры не размножались, в парке клонировали только самок, но вскоре оказалось, что гигантские рептилии обошли эту проблему. Логично было бы предположить, что ученые не учли способность некоторых рептилий к партеногенезу, как у варанов. Мы не знаем, были ли динозавры способны к партеногенезу на самом деле, но представить это можно легко. В фильме был выбран иной сюжет, изложенный главным героем, палеонтологом Аланом Грантом. Для исправления генетических последовательностей динозавров использовали ДНК из роющей лягушки, способной к смене пола в условиях нехватки партнеров. Возможно, полученные динозавры унаследовали такую способность и некоторые самки стали самцами. По-видимому, именно для того, чтобы ввести эту версию, сценаристы решили, что нужно использовать ДНК лягушки, а не птиц, более близких родственников ископаемых динозавров.
Чтобы динозавры не “убежали” в природу, в фильме используется еще один биотехнологический подход – динозавров сделали неспособными производить аминокислоту лизин. Поэтому, согласно легенде фильма, динозавры зависели от пищевых добавок с лизином, которыми их подкармливали в парке. На самом деле большинство позвоночных и так не умеют производить лизин, и вряд ли динозавры были особенными. Лизин – незаменимая аминокислота, которую мы получаем из пищи. Ее много в сое, рыбе, мясе курицы, индюшки и ряде других продуктов, причем некоторые из них не так уж трудно найти в природе. В любом случае в последующих сериях фильма показано, что этот метод контроля не работает. Динозавры прекрасно размножались и жили без всяких пищевых добавок. В общем, несмотря на высокообразованность научных консультантов фильма, создавать реальный парк с динозаврами я бы им не доверил.
История искусственного клонирования началась в 1885 году, когда немецкий эмбриолог Ганс Дриш показал, что, если взять ранний эмбрион морского ежа, состоящий из двух клеток, и потрясти, он распадется на две отдельные клетки, каждая из которых впоследствии может развиться в целый организм. Таким образом, каждая клетка эмбриона содержит весь набор инструкций, необходимый для его дальнейшего развития.
В 1902 году другой немецкий эмбриолог Ганс Шпеман создал клоны саламандры. В эмбрионе саламандр клетки прилипают друг к другу лучше, чем у морских ежей, поэтому для их разделения пришлось использовать тонкий человеческий волос. Шпеман обнаружил, что, начиная с определенного этапа развития эмбриона, из отдельных его клеток становится гораздо сложнее вырастить саламандру. Кроме того, Шпеман показал, что именно клеточное ядро управляет развитием эмбриона. Если клетку перетянуть пополам, то часть клетки, которая содержит ядро, будет размножаться, а та часть, которая ядра не содержит, – не будет. Из опытов Шпемана следовало верное предположение, что наследственная информация находится в ядре.
В 1952 году Роберт Бриггс и Томас Кинг осуществили первый перенос ядра из одной клетки в другую, а именно из клетки эмбриона лягушки в ооцит (яйцеклетку). Ядро ооцита было предварительно удалено. Оказалось, что после пересадки ядра ооцит начинает развиваться как эмбрион. Это было первое клонирование позвоночного животного в лаборатории. Вероятность успеха клонирования была тем выше, чем более ранним был этап развития эмбриона, из которого брали перенесенное ядро.
В 1958 году Джон Гордон показал, что возможно клонирование головастиков, даже если использовать клетку взрослого организма, а не эмбриональную. Было совсем не очевидно, что эксперимент даст именно такой результат, ведь существовал и противоположный сценарий: ядро клетки взрослого организма могло превратить ооцит во взрослую клетку, а не в эмбриональную. В этом случае клонирование оказалось бы сильно затруднено.
В 1975 году Дерек Бромхолл использовал стеклянную пипетку, чтобы впервые перенести ядро в безъядерную яйцеклетку млекопитающего. Ядро было взято из эмбриона кролика. Яйцеклетки у млекопитающих меньше, чем у лягушек и саламандр, поэтому работать с ними значительно сложнее. Однако Бромхолл не переносил делящийся эмбрион в матку кролика, где он получил бы возможность продолжить развитие и стать взрослой особью. Клонирование млекопитающего тогда не было завершено – клонировать кролика удалось лишь в 2002 году394.
В 1996 году Иэн Уилмут и Кэйт Кемпбелл клонировали овечку Долли. В качестве источника ядра они использовали клетки взрослого организма395. Клонировать овечку было достаточно сложно: из 277 попыток создать здоровый эмбрион успехом увенчалась только одна. Долли часто называют первым клонированным млекопитающим, но на самом деле это не совсем так. Первым клоном млекопитающего была домовая мышка Машка, полученная советскими учеными еще в 1987 году396. Клонирование осуществили биологи из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН и Института проблем передачи информации РАН Левон Чайлахян, Борис Вепринцев, Татьяна Свиридова и Владимир Никитин. Они опубликовали свою статью на русском языке, интернета в те времена не было, а общение с западными коллегами было затруднено по экономическим, техническим и политическим причинам. Кроме того, статья имела довольно скромное название “Электростимулируемое слияние клеток в клеточной инженерии”. В результате это научное достижение не получило широкой известности.
