самом деле в большинстве случаев трансген не встраивается на место поврежденного, а пристраивается где-то рядом, так что тот может продолжать производить дефектный белок. Более того, гены, как известно, не функционируют независимо друг от друга, поэтому локализация трансгена в ДНК пациента может иметь принципиальное значение как для работы других генов, так и для его собственной экспрессии.
Так что нерешенных проблем в генной терапии предостаточно, причем многие из них носят принципиальный характер. Удастся ли их преодолеть, покажет будущее.
Более перспективными выглядят попытки объединения двух “модных” направлений – генной терапии и стволовых клеток. Стволовые клетки могут быть выделены, “исправлены” на уровне небольшой популяции, размножены и введены обратно в организм пациента.
От стволовых клеток мысль исследователей логично движется дальше – к эмбриональным стволовым клеткам, к эмбриону, к оплодотворенной яйцеклетке. Ведь сейчас мы можем установить наличие дефектных генов на самых первых этапах развития человеческого организма, так почему бы нам сразу и не исправить их? Задача доставки трансгена во все клетки организма при этом невероятно упрощается, в пределе она сводится к доставке трансгена в одну-единственную клетку.
Эта задача выглядит вполне решаемой. При экстракорпоральном оплодотворении, которое используется все шире (счет в мире идет на миллионы), можно манипулировать клетками вне организма, а количество этих клеток – меньше некуда. Можно даже проконтролировать, насколько успешно прошел процесс внедрения трансгена.
Речь уже идет не только об исправлении дефектных генов – потенциальных источников наследственного заболевания, – но и о внедрении “улучшающих” генов, ответственных, как полагают генетики, за проявление тех или иных способностей, черт характера или деталей внешности. Перспективы так называемого “генетического выбора потомства” обсуждаются вполне серьезно. По оценке экспертов американской РЭНД Корпорейшн, самой авторитетной организации по прогнозу путей развития науки и технологий, методы такого выбора могут быть доведены до практической реализации в ближайшие десять лет. И препятствием на этом пути послужат даже не научные проблемы, а этические возражения значительной части общества. Будем надеяться также на здравый смысл будущих родителей, которые предпочтут довериться Природе, как это делали их предки. Недаром народная мудрость гласит: не родись красивой, а родись счастливой. Генов счастья нет.
Нет также генов гениальности. В лучшем случае гениальность обусловлена сочетанием множества генов, в хитросплетении которых нам не разобраться никогда. Это счастливая комбинация складывается случайно в ходе бесконечной игры Природы или каких-то высших сил, в существование которых, впрочем, мы, материалисты, не верим.
К чему я это говорю? В своей лекции при вручении Нобелевской премии Пауль Эрлих сказал: “Ученые начали понимать механизм действия терапевтических веществ. Я надеюсь, что, если эти исследования будут систематически развиваться, вскоре нам станет легче, чем до сих пор, разрабатывать рациональные пути синтеза лекарств”. Очень актуально! Сегодня мы питаем ту же надежду, что вскоре… А ведь сто лет прошло. По законам теории вероятностей пора бы уж генам вновь удачно сложиться и явить миру нового гения, подобного Паулю Эрлиху. И тогда мы получим целую обойму “волшебных пуль”.Глава 11 Атомный конструктор
Вот мы и добрались до атомов. Многие убеждены, что манипулирование атомами и сборка различных объектов из атомов составляют квинтэссенцию нанотехнологий, то, что отличает их от “старых” технологий и служит основой революционных технологий будущего. Убеждение это ложное, оно сложилось в значительной мере благодаря публикациям в научно-популярной литературе и СМИ. Откуда здесь ноги растут, я расскажу вам в следующей главе, это довольно занимательная история. Но все это нисколько не умаляет значимости самого открытия. То, что ученые научились напрямую манипулировать атомами, действительно определяет одну из важнейших вех в истории развития науки.
Для того чтобы научиться манипулировать атомами, их надо было для начала увидеть. Долгое время считалось, что эту задачу невозможно решить в принципе. Размер атомов очень мал. Оценили его еще в XIX веке, исходя из данных по размеру молекул, опять же оценочных, и структуры молекулы, которую представляли образованной из сферических атомов. Он составил что-то около одной десятой нанометра. Чтобы не заморачиваться с лишними знаками после запятой, ученые стали использовать эту величину в качестве специальной единицы измерения, названной ангстремом по имени предложившего ее в 1868 году шведского физика Андерса Ангстрема, или, точнее, Онгстрёма (1814–1874).
Разглядеть столь малые объекты с помощью оптических микроскопов – единственных имевшихся тогда в распоряжении ученых приборов – было действительно невозможно, как ни умножай количество линз и ни улучшай их качество. Законы оптики положили нашим желаниям так называемый дифракционный предел, мы не можем разглядеть по отдельности два объекта, если они находятся на расстоянии, меньшем двухсот-трехсот нанометров. Некоторую надежду подарило открытие в 1895 году рентгеновских лучей с длиной волны порядка одного нанометра и приблизительно таким же дифракционным пределом. Но как сфокусировать рентгеновские лучи? В природе просто не было веществ, из которых можно было изготовить необходимые линзы.
Ученые в конце концов научились использовать рентгеновские лучи для исследования структуры вещества. О методе рентгеноструктурного анализа, созданном в 1912 году, я уже рассказывал в пятой главе. При просвечивании кристалла рентгеновскими лучами на фотопластинке возникал сложный узор, состоящий из точек и дужек. Но это не было изображением атомов, это был образ плоскости, состоящей из атомов определенного сорта и расположенных в кристалле в строгой периодичности.
Рентгеновские лучи находились на нижней границе электромагнитного излучения, ученые полагали, что спуститься ниже уже невозможно, и проблема визуализации атомов зашла в тупик. Прорыв произошел в 1924 году, когда француз Луи де Бройль {24} (1892–1987) сформулировал гипотезу о двойственной природе электрона: в одной из своих ипостасей электрон был волной, в сущности, электромагнитным излучением. Научному сообществу потребовалось некоторое время, чтобы переварить эту ересь, в 1929 году де Бройлю присудили Нобелевскую премию по физике, еще через два года пришла пора практического приложения.
По легенде, немецкие физики Макс Кнолль (1897–1969) и Эрнст Руска (1906–1988) натолкнулись на идею электронного микроскопа случайно. Они разрабатывали системы фокусировки и управления пучком электронов и при этом получили изображение объекта, оказавшегося на пути пучка. Возможно, все так и было, но, честно говоря, к тому времени идея уже созрела и лежала на поверхности. Подтверждением этому служит тот факт, что ее реализовали практически одновременно несколько исследователей. В историю по разным причинам вошел Эрнст Руска.
Он родился в Гейдельберге в профессорской семье. После окончания Технического университета в Мюнхене и короткой стажировки в компании “Siemens” Руска в 1928 году приступил к выполнению диссертации в Техническом университете Берлина под руководством Макса Кнолля. Темой работы было воздействие магнитного поля на пучки электронов. Диссертацию Руска защитил лишь в 1934 году – ему пришлось на пару лет отвлечься на создание прототипа электронного микроскопа, а кроме того, в 1933 году он перешел работать в одну из берлинских фирм, где занимался разработкой телевизионных передатчиков и приемников.
В 1937 году Руску пригласили в “Siemens”, где его назначили главным по электронным микроскопам. Руска поразительно быстро превратил созданный за пять лет до этого прототип в коммерческую модель. Уже в 1939 году компания “Siemens” выпустила на рынок электронные микроскопы с разрешающей способностью в десять нанометров. Существенно, что “в комплекте” предлагались методики применения электронной микроскопии в медицине и биологии, их разработкой в компании занимался брат Эрнста Руски – Гельмут, врач по образованию. “Siemens” долгое время была мировым лидером в этой области, соответственно, Руска стал крупнейшим в мире специалистом по электронной микроскопии.
В 1955 году Руска возглавил вновь созданный Институт электронной микроскопии в Западном Берлине и одновременно стал преподавать в Техническом университете. Руске посчастливилось дожить до присуждения ему в 1986 году Нобелевской премии по физике. С момента его изобретения миновало пятьдесят пять лет.Первый прибор, собранный Кноллем и Руской, давал увеличение всего в четыреста раз, то есть был ничем не лучше оптических микроскопов. Но это не имело никакого значения, дело было в принципе. Они заменили световой луч пучком электронов. Кроме того, предложили принципиальную схему устройства, которая не претерпела изменений по сей день.
Эта схема чрезвычайно напоминает схему оптического микроскопа, а устройство просвечивающего электронного микроскопа в определенном смысле даже проще, чем у оптического. Во-первых, оптические линзы заменены катушками индуктивности, магнитное поле которых поддается легкой регулировке, по аналогии эта часть устройства получила название магнитных линз. Во-вторых, чрезвычайно упростилась задача получения “света” с определенной длиной волны. Эта величина для электрона зависит от его энергии: разгоняя электроны в электрическом поле, можно плавно регулировать их энергию и соответствующую ей
