Внутренний мир ДНК: как технологии CRISPR меняют науку

Человечество уже давно не подстраивается под природу, наоборот, старается диктовать ей свои правила. Дети из пробирки, идеальные люди, антидот против мутаций —  всё это стало нашей реальностью. В погоне за решением нарастающих проблем человечества, главное, не потерять саму человечность. Мы не боги и не нам решать кого должна высаживать курица. Зато каждому из нас доступно решать кем быть. Как говорится,  «настоящая ответственность может быть только личной».

Все мы знаем про X и Y хромосомы, про рост, цвет глаз и волос. Но вместе с этим есть нечто такое, невидимое, что может сподвигнуть личность на ту или иную жизнь.

В 40-ые годы прошлого века ученые были полностью включены в изучение белков, полагая что ДНК занимает второстепенную роль и сидит на задворках «умных молекул». О, как же они ошибались!

Наука так бы и пребывала в неведении, если бы во время эксперимента над бактериями пневмококков, не было доказано, что ДНК может передавать информацию и являться физическим носителем наследственности. Вышло это, конечно же, случайным образом, как говорится «попали пальцем в небо».

Дело в том, что вредные бактерии пневмококка могут обратить безобидные бактерии во «вредную веру», даже будучи мертвыми. Трое учёных решили выяснить — каким образом это выходит, поэтому они во время эксперимента из клетки бактерии по очереди исключали по компоненту, пока не дошли до ДНК. И именно уничтожение ДНК прекратило вербовку вредными бактериями, в связи с чем были выдвинуты доказательства того, что именно дезоксирибонуклеиновая кислота является носителем генетической информации.

Открытие повергло мир науки в диссонанс и учёные, пройдя все стадии принятия, присвоили ДНК титул «Примадонны Биологии».

В 70-х годах, научившись читать ДНК как открытую книгу, учёные погрязли в  поисках генетической основы процессов, происходящих в организме. К 90-м годам уже были найдены те или иные гены и мутации, виновные в болезнях. Ученые стали искать решения проблем дефектов в человеческом организме с помощью инженерной геномодификации.

Так появились плазмиды.

Ядро клетки, которое содержит основную генетическую информацию, можно не трогать и воспользоваться плазмидами.

Плазмиды крайне важны для передачи положительных мутаций, например, чтобы передать информацию о лекарственной устойчивости к антибактериальным препаратам. Основополагающей причиной использования плазмид у людей в том, что они самопроизвольно разрушаются через какое-то время после введения в клетку. Именно это дает уверенность в безопасности их введения в человеческий организм, а еще они не затрагивают основной генетический аппарат клетки.

Если коротко, искусственные плазмиды используются как векторы в клонировании ДНК. Немного манипуляций, и выведенный нужный ген или белок помещают в специальные «переносчики» — плазмиды, затем эти плазмиды вводят в бактериальные клетки. Происходит отбор среди клонов трансформированных бактерий, которые содержат плазмиды, они размножаются и создают множество копий нужного компонента.

На основании этого открытия можно выдвинуть безумную теорию о том, что грибы, получившие плазмиды с геном человека, смогут выработать информацию о том, как воздействовать на самого человека и, выпуская споры, будут контролировать человеческий разум. Есть легендарный кордицепс — род спорыньевых грибов, которые умеют контролировать поведение некоторых видов насекомых, превращая их в зомби.

Это не укладывается в голове, но, тем не менее, повод для беспокойства у врачей и ученых появился. Число заболевших людей серьезными грибковыми инфекциями в последние годы неукоснительно растёт. Чтобы не оказаться в ситуации, когда под угрозой окажутся более уязвимые жители планеты, заниматься созданием противогрибковых препаратов и вакцин приступили уже сейчас. 

Если бы все было так просто! Природа-мать не любит такие глобальные вмешательства, поэтому коровы, чьё  ДНК модифицировали еще в утробе, рождались без хвоста или умирали. В живых осталась пара телят, и теперь ученые ждут, когда подросшие эксперименты начнут давать потомство, а с ним и молоко.

Но мы же с вами интересуемся, как перепрограммировать себя, а не корову по имени «Цветочек».

Генная инженерия не остановилась на создании идеальных продуктов питания, ученые пришли к идее модифицировать не только растения и животных, но и людей. Для решения таких проблем как: «мутировавшие гены» и «наследственные заболевания», институты стали искать решения, путём редактирования хранителя генетического кода. 

Работа закипела, методом проб и ошибок были созданы несколько вариантов генной терапии. И в 2013 году в мире было разрешено всего пять генных препаратов. Три препарата от онкологии, Глибера — для лечения наследственного дефицита липопротеинлипазы и Неоваскулген.

Препарат Неоваскулген относится к плазмидным, он не редактирует геном клетки, а только доставляет в нее плазмиды, которые, к сожалению, работают ограниченное время. 

Время шло, и наука, связанная с генетикой, развивалась. Так, путем введения отсутствующего гена в спинальные нейроны, ученые спасают детей с фатальным наследственным нейромышечным заболеванием. 

В Китае учёным удалось геномодифицировать эмбрионы на устойчивость к ВИЧ, благодаря чему родились две прекрасные близняшки по имени Нана и Лулу. Нам остается только догадываться, каково это — быть рождённым в качестве эксперимента, но если такой эксперимент станет прорывом и действительно спасет многие жизни, тогда рождение близнецов будет оправданным.

Технология CRISPR/Cas9 с методом «вырезать-вставить» подразумевает автоматическое редактирование генов с помощью бактерии по заданным критериям, но, к большому сожалению, пока не вызывает доверия из-за не совсем идеальных результатов. 

CRISPR — это иммунная память бактерий, которая сохраняет информацию о вирусах, которыми болел человек.

Стоит ли упоминать, что благодаря квашеной капусте, а точнее, молочнокислым бактериям, которые ее квасят, было доказано, что устойчивые к вирусам бактерии перенимают часть их ДНК. Поэтому любой человек, даже самый далёкий от генных технологий, наверняка встречался с CRISPR, покупая сыр или йогурт.

Учёные берут обычную бактерию, вставляют в нее «модификацию», после чего бактерии, которые несут в себе нужную составляющую, повреждают клетку. Клетка начинает восстанавливаться, а вместо второй хромосомы, для починки выступает подставной фрагмент ДНК. Клетка чинит разрыв, встроив в него то, что ей предложили. Так, например, сделали комара с полностью устойчивым ДНК к вирусу малярии. Нет болезни — нет распространения.

Однако в июле этого года учеными было выявлено, что CRISPR/Cas9 вызывает мутации и геномные перестройки в месте проводимых манипуляций. Поэтому говорить о данной технологии как «о спасительной пилюле» не стоит. Но признать, что данная технология действительно является настоящим прорывом в мире генной инженерии, всё-таки, можно.

Если CRISPR/Cas9 улучшит технологии и сможет исключить все риски мутаций  или неправильной перестройки генома, то данная технология спасет множество жизней. Мы сможем избавиться от ВИЧ, онкозаболеваний, сможем спасать  эмбрионы с дефектными генами. Это уже похоже на счастливое будущее.

Было бы здорово решить все вопросы с дефектами ген путём введения препарата, который будет безошибочно действенным. Ведь в нашем генофонде скапливается все больше и больше генетических болезней, которые когда-то считались неизлечимыми. Люди научились спасать потомство, а теперь учёным предстоит научиться устранять дефектные геномы, которые остались у спасённых.

Немного скул Анджелины Джоли, ноги Кейт Миддлтон и волосы Брэда Питта. Прибавим к этому мозг Альберта Эйнштейна. Задали нужные настройки, и получился идеальный человек. Правда, не факт, что желания идеального человека совпадут с ожиданиями создателей.

— Почему я не могу сделать себя более продвинутым с помощью генной модификации? Я уже и отрасль выбрал.

— Иди учи уроки, Инженер.

Медленно, но верно наступает будущее, в котором людям легче исправить ДНК, чтобы быть кем-то особенным, чем стать лучшей версией себя. Можно уже представить, как в нашем мире появятся выносливые спортсмены со сверхспособностями, певцы со сверхголосами, сверхличности со сверхспособностями. Всю остальную работу будет выполнять класс людей, которые не приняли идею «идеального человечества». А все потому, что педантичная идея идеального поколения заразила умы властвующих.

Врачи начнут устранять дефекты у эмбрионов по запросам родителей, но не все скорректированные дети захотят принять выбор. И тогда принудительно генно-модифицированные люди будут устраивать саботаж. И всё это нам что-то очень сильно будет напоминать. Мечты о создании идеальных людей никогда не заканчивались хорошо.

Человек получает набор генов от обоих родителей в различных сочетаниях и соотношениях. А еще ребенок может быть похож на бабушку или прадедушку. Так что не удивляйтесь, увидев себя на фотографии XIX века. Как же это выходит?

Рандом генетики. Так совпало, что комбинация генов ребёнка может повторить комбинацию генов дальнего родственника. Однако предполагать, что человек будет полностью, или в какой-то мере, повторять судьбу своего предка — абсурдно. Хотя генетический компонент действительно присутствует совершено во всем, существуют и другие факторы среды, которые влияют на составляющую личности в целом.

Наследственность — это то, что мы «берём» у родителей, генетическим же можно назвать то, что приобретает сам человек.

Всю мировую общественность повергло в шок выдвинутое учеными предположение о том, что поведение может определяться последовательностью нуклеотидов в ДНК. А потом генетикой стали называть любое качество человека.

Верить в безусловное наследование как негативных, так и положительных  качеств, ошибочно. Никакой ген не описывает полную модель поведения человека. Наследственность подвержена влиянию внешней среды, а вот влияние внешней среды тяжелее поддается воздействию.

Тогда научные деятели стали искать точки соприкосновения ДНК, наследственности и влияния окружающей среды. 

В 60-е годы психолог Альберт Бандура провел эксперимент, чтобы узнать, копируют ли дети агрессивное поведение взрослых. Детей поделили на две группы. Одной группе показывали «агрессивное» поведение, другой демонстрировали «спокойное» поведение. Этот эксперимент доказал, что дети копируют модели поведения взрослых, и проявление негативных качеств является приобретенной чертой.

В 40-х годах ученое сообщество выдвинуло мнение, что заикание — это врожденное заболевание, обусловленное генетическими факторами и физиологическими особенностями строения речевого аппарата. Однако американский психолог Уэнделл Джонсон выступил с радикально противоположной позицией.   

Чтобы проверить свою гипотезу Джонсон, вместе со своей аспиранткой Мэри Тюдор, в 1939 году в США провели  эксперимент, в котором участвовали дети из приютов. Дети были разделены на две группы. Первая группа подвергалась  «позитивной» логопедической терапии — детей хвалили за плавность речи и поощряли за любые, даже незначительные, успехи. Вторая группа терпела «негативную» терапию — детей постоянно критиковали за заикание, унижали, делая акцент на недостатках. 

Эксперимент показал, что дети из группы, у которых до этого не наблюдалось проблем с речью, стали максимально закрытыми и не разговорчивыми. Практически у всех развилась сильная тревожность, из-за которой подростки лишний раз поправляли себя. Ранее здоровые дети получили массу проблем с самооценкой и психикой, а теория Джонсона не была подтверждена.

Жить в страхе, что геном родителя с деструктивным поведением настигнет в самый неподходящий момент, не стоит. Учёные обещают, что совсем скоро не будет существовать такого гена, который невозможно было бы изменить. А вот характер, базовые убеждения, систему ценностей, придётся менять самим, без перекладывания ответственности на ДНК.

Может быть, вообще все мутации, которые происходят в нашем организме — это адаптация человечества к природным изменениям, и генно-модифицируя себя мы лишаем человечество права на выживание в будущем? Хочется думать, что это всего лишь фантазия автора, который съел на обед генно-модифицированные помидоры.