Геном: автобиография вида в 23 главах

известно, что данный ген управляет ростом аксонов в стволе спинного мозга и вроде бы никак напрямую не связан с подавлением раковой опухоли. Возможно, супрессором является другой ген, сцепленный с DCC. Известно только, что мутации в окрестностях данного гена, выявляемые с помощью генетических маркеров, существенно повышают риск заболевания раком позвоночника. Появится ли возможность в будущем извлечь этот ген, как неисправную свечу зажигания из двигателя автомобиля, и заменить его на исправную версию гена? Скорее всего, в ближайшем будущем это станет возможным.

Я достаточно стар, чтобы еще помнить, как на заре своей журналисткой карьеры разрезал распечатку статьи на абзацы с помощью обычных ножниц и склеивал их в нужной последовательности, пользуясь обычным клеем. Сейчас чтобы переместить абзац с места на место я использую маленькие значки текстового редактора, на которых добрые разработчики компании Microsoft поместили изображения ножниц и других инструментов, чтобы обозначать те же самые действия. (Только что перетащил и вставил данный абзац из другого места в тексте.) Тем не менее принципы редактирования остались прежними: вырезаем в одном месте и вставляем текст там, где он необходим.

Чтобы выполнить подобные действия над текстом генов, нам тоже потребуются ножницы и клей. К счастью, природа уже подготовила эти инструменты для собственных целей. В качестве клея выступает фермент лигазы, который склеивает разорванные нити ДНК. Ножницы — ферменты рестрикции — были обнаружены у бактерий еще в 1968 году. У бактерий эти ферменты используются для борьбы с вирусами. С их помощью чужеродная ДНК разрезается на кусочки. Но в отличие от обычных ножниц рестриктазы довольно смышленые: они режут ДНК не где попало, а лишь там, где обнаруживают определенный «текст». Сейчас известно более 400 разных рестриктаз, и каждая ищет только свой строго определенный текст. Рестриктазы работают как заправские редакторы, разрезая абзацы на части только там, где находится ключевое слово.

В 1972 году Поль Берг (Paul Berg) из Стэнфордского университета с помощью ферментов рестрикции разрезал в пробирке вирусную ДНК, а затем сшил кусочки случайным образом с помощью фермента лигазы. Он стал первым человеком, получившим «рекомбинантную» ДНК. Люди научились делать то, что ретровирусы проделывают уже миллионы лет: встраивают свои гены в хромосому. К концу прошлого столетия была получена первая рекомбинантная бактерия: кишечная палочка со встроенным геном лягушки.

Это сообщение взбудоражило общественность, обеспокоенную тем, не несут ли новые технологии опасности человечеству. Опасения разделяли и сами ученые. Ширилось мнение, что следует сделать паузу и хорошо подумать, прежде чем продолжать эксперименты по рекомбинации генов. В 1974 году в среде ученых звучали призывы к объявлению моратория на проведение генетических экспериментов, что еще больше насторожило широкую публику: если ученые не уверены в безопасности, то тут, действительно, есть чего опасаться. Природа поместила бактериальные гены в бактерии, а лягушачьи — в лягушек. Кто мы такие, чтобы нарушать естественный ход вещей? Не будут ли последствия ужасными для человечества? Конференция, прошедшая в Асиломаре (Asilomar) в 1975 году, отбросила доводы консервативно настроенных ученых и дала добро на возобновление исследований в области генетической инженерии с соблюдением строжайших мер безопасности и под наблюдением государственных комитетов. Ученые признали необходимость контроля, и общественность постепенно успокоилась. Новый всплеск общественной критики генетических исследований пришелся на середину 1990-х годов, но в этот раз темой была не столько безопасность, сколько этичность методов.

Появились первые биотехнологические компании. Сначала Genentech, потом Cetus и Biogen, а затем множество компаний по всему миру. Невероятные новые возможности вызывали интерес у бизнесменов. Ученые научились конструировать бактерии, которые продуцируют несвойственные им белки, важные для медицины, пищевой промышленности и других отраслей производства. Стали появляться и первые разочарования. Например, оказалось, что бактерии не подходят для синтеза большинства человеческих белков, да и степень изученности белков человека и их роли была недостаточной для их широкого медицинского использования. Несмотря на объемные инвестиции в венчурные проекты, единственной компанией, приносящей прибыли своим акционерам, является пока только Applied Biosystems, которая занимается разработкой оборудования для других биотехнологических компаний. Тем не менее примеры успешного внедрения в производство продуктов биотехнологической промышленности хорошо известны. В конце 1980-х годов гормон роста, полученный с помощью генетически модифицированных бактерий, заменил в медицине свой дорогостоящий и потенциально опасный аналог, получаемый из мозга умерших людей. Настороженность широких масс общественности относительно этичности и безопасности генетических исследований оказалась беспочвенной: за 30 лет использования методов генной инженерии не произошло ни одного инцидента, приведшего к человеческим жертвам или к экологическим проблемам. Пока все идет довольно гладко.

Компания Genentech, образованная в 1976 году, лидирует в области генной инженерии, она занимается синтезом медицинских препаратов (инсулин и многие другие гормоны, полученные с помощью бактерий). Cetus — компания по разработке методов генетической диагностики. В этой компании был разработан наиболее широко используемый в генетике метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Biogen — биотехнологическая компания по производству лекарств для лечения аутоиммунных заболеваний и рака.

Методы генетической инженерии в большей степени повлияли на науку, чем на промышленность. Стало возможным клонировать гены (не следует путать клонирование генов с клонированием организмов). Суть клонирования состоит в том, что отыскав иголку (ген) в стоге сена (геноме), исследователь получил возможность вырезать этот ген и вставить его в бактерию, чтобы накопить миллионы копий этого гена для дальнейших исследований. С помощью клонирования были созданы библиотеки, включающие многие тысячи перекрывающихся фрагментов генома человека, что дает возможность выбрать любой участок хромосомы для более пристального анализа. Именно с помощью генетических библиотек ученые, еще до начала работ над проектом «Геном человека», отыскивали важные гены и «читали» записанный в них текст. Кропотливый и утомительный труд — отыскать нужный абзац в тексте, содержащем 3 млрд букв, это стопка книг высотой 45 м. Сотрудники Центра Сенгера (Sanger Centre), находящегося около Кембриджа и являющегося лидирующей организацией в проекте «Геном человека», читают геном со скоростью 100 млн букв за год.

Очевидная проблема состоит в том, что 97% генома представлено бессмысленной ДНК, интронами, повторяющимися минисателлитами и полуистлевшими псевдогенами. Разработан метод, позволяющий сконцентрировать внимание на функциональных генах. Для этого создаются генетические библиотеки другого типа: библиотеки кДНК (комплементарная ДНК). Работа по созданию такой библиотеки начинается с выделения из клеток всех молекул РНК. В большинстве случаев эти молекулы представлены информационной РНК — копиями генов, полученными в результате трансляции. Осталось только преобразовать РНК обратно в ДНК, и вы получите библиотеку работающих генов без вставок бессмысленных фрагментов ДНК. Проблема состоит лишь в том, что у полученных фрагментов ДНК нет никаких табличек, указывающих на место гена в хромосомах. К концу 1990-х годов наметилось серьезное противостояние во взглядах и методах между двумя группами ученых, работающих над проектом «Геном человека». Одна группа, возглавляемая бывшим профессиональным серфингистом, ветераном войны во Вьетнаме и миллионером Крэйгом Вентером (Craig Venter) с его компанией Celera, предпочитала штурмовые методы «шотган-секвенирования» генома человека с параллельным коммерческим патентированием обнаруженных генов. Им противостояли академические круги Кембриджа под руководством Джона Салстона (John Sulston), финансируемые общественной организацией Wellcome Trust. Они предпочитали методы последовательного системного изучения генома и опротестовывали любые попытки коммерциализации проекта. Неизвестно, какая сторона возьмет верх.

В 2002 году Крэйг Вентер был уволен акционерами компании Celera, когда стало ясно, что патентирование генов не принесет прибыли, что еще раз убедительно подтвердило невозможность коммерциализации фундаментальной науки. В научном плане доктор Вентер был более успешным. Сейчас он возглавляет научно-исследовательский институт, носящий его имя (J. Craig Venter Institute), кроме того,