Драйв генов у млекопитающих: подробности
Как управлять эволюцией и превращать всех в альбиносов
Алексей Алексенко, «Сноб»
Постепенно переходить от познания мира к его изменению предлагал еще Энгельс, однако в некоторых областях знания это получается лучше, а в некоторых хуже. К примеру, увеличить число спутников планеты с одного до пятнадцати тысяч – никаких проблем. Нарастить электромагнитное излучение Земли в радиодиапазоне в десятки тысяч раз всего за сто лет мы тоже не постеснялись. Но вот к биологии почему-то принято подходить сдержаннее. Может, это оттого, что мы и сами биология.
Есть и другая причина: биология как-то сама начала меняться еще до того, как ее, по учению Энгельса, успели толком познать. Людей расплодилось столько, что многие виды живых существ стремительно исчезают. Зато другие благоденствуют: для тараканов, мышей, вирусов гриппа и ВИЧ этот мир стал гораздо гостеприимнее. Инвазивные виды, распространяющиеся по планете не без участия человека, кое-где конкретно сживают со свету мирных и беззащитных аборигенных зверюшек вроде сумчатых Австралии. И вот тут бы как раз неплохо было вмешаться, кое-что подрегулировать. Есть, конечно, риск ошибиться и сделать еще хуже, но, возвращаясь к Энгельсу, вспомним, что бородатый классик все же предлагает сначала все в точности разузнать, а уж потом лепить по-своему. Этот принцип, если его проводить последовательно, гарантирует от неприятных неожиданностей.
Одно из предлагаемых учеными направлений перекраивания всей биосферы на свой вкус – генный драйв. Именно это и научились делать генетики из Университета Калифорнии в Сан-Диего, причем достигли успеха не с какими-то козявками, а в кои-то веки с млекопитающими. От них, как мы понимаем, до людей даже не один шаг, а ноль, потому что люди и сами млекопитающие. Расскажем эту историю чуть подробнее.
Генетика: краткий инструктаж
О том, что такое генный драйв, мы пытались рассказать пару лет назад, так что напомним вкратце. При половом размножении папины и мамины хромосомы соединяются в одной клетке, а потом обмениваются между собой участками, чтобы хорошенько перетасовать гены. В результате гены распределяются среди потомков примерно поровну, чтобы ни маме, ни папе не было обидно. Однако в самом механизме перетасовки генов есть одна лазейка, которая позволяет схитрить. Дело в том, что эта перетасовка начинается с разрыва в одной из хромосом (к примеру, папиной). После этого разрыв немножко расширяется, так что какая-то папина информация может потеряться. А в самом конце эта дырка заделывается по образцу другой хромосомы (маминой). Таким образом, если все это произойдет, к примеру, в гене, кодирующем папин чарующе-выразительный взгляд с поволокой, то вполне может случиться, что никто из детишек его не унаследует: глядя в их бессмысленные поросячьи глазки-пуговки, все бабушки будут восторженно кричать, что малыши уродились в маму.
Теперь представьте себе злой эгоистичный ген, который вздумает использовать этот фокус, чтобы завоевать нечестное преимущество. Если он научится находить на хромосоме-партнере похожее место и вносить туда разрыв, чтобы начать обмен, то ему удастся передаваться не половине потомков, а чуть большей доле, а в идеале вообще всем. Такие гены действительно существуют, а весь описанный механизм получил название «генный драйв».
Генетики с помощью техники редактирования генов CRISPR-cas9 научились пользоваться этим фокусом, чтобы помешать малярийным комарам разносить по земле заразу. С комарами все получилось, но вот млекопитающие как-то не спешили покориться воле генетиков. До недавнего времени. А потом генетики их переупрямили, и вот как.
Как все это было
Чтобы результаты опытов были нагляднее, манипулировать решили с геном тирозиназы. Этот ген кодирует фермент, который превращает аминокислоту тирозин в темный пигмент, придающий мышам мышиный цвет. Если ген разрушить, мыши будут белыми. Если скрестить белых мышей с обычными, все произойдет по законам Менделя: хромосомы с активным и убитым геном рассыплются по потомкам поровну. А вот если придать «белому» гену способность к драйву, его будет становиться все больше и больше от поколения к поколению. Это уже не «менделевское», а «суперменделевское» наследование, что и отражено в заголовке научной статьи.
Движущей силой исследования были две дамы: студентка Ханна Грюнвальд и профессор Кимберли Купер.
Кроме Кимберли, проектом руководил и Валентино Ганц, тот самый, что три с половиной года назад делал систему генного драйва для малярийных комаров. За два года лабораторной возни им удалось сделать ген, способный распространяться у мышей гораздо быстрее, чем разрешают законы классической генетики. Его назвали CopyCat (переводится как «подражатель» – например, преступник, который намеренно воспроизводит творческий почерк маньяка-убийцы). Элемент CopyCat действительно оказался беспощаден, но он не столько сам кого-то копирует, сколько заставляет копировать себя, как и должен поступать тот, кто намерен эгоистично воспользоваться генным драйвом для собственного размножения.
Если кто-то из читателей интересуется тем, как именно устроен CopyCat и каким образом в ген тирозиназы встроена вся механика CRISPR-Cas9, можете посмотреть на картинку из пресс-релиза UC San Diego Researchers First to Use CRISPR/Cas9 to Control Genetic Inheritance in Mice.
Всем же прочим скажем, что генный драйв удался на славу. В некоторых мышиных семьях 86% мышат наследовали элемент CopyCat вместо обычного гена серой мышиной шкурки. И они были готовы передать эту агрессивную штуку своим детям.
Впрочем, не все. Неожиданно для исследователей выяснилось, что CopyCat способен «драйвить» себя только по материнской линии. При передаче от папы-мыша он наследуется как обычный испорченный ген тирозиназы, то есть строго как завещал Грегор Мендель. Авторы обсуждают в статье Super-Mendelian inheritance mediated by CRISPR–Cas9 in the female mouse germline, что же не так с самцами по сравнению с самками. Мы в их разговор вмешиваться не будем, но напомним читателям о том, насколько по-разному наследуются мамины и папины гены, причем не у мышей, а у самых настоящих людей-исландцев. Тут определенно есть что-то важное и биологическое, но поскольку это важное до сих пор не открыли, оборвем повествование на этом месте. Пусть читатель оценит по достоинству тот факт, что даже при нашем скудном освещении биологических проблем сразу две заметки с разных сторон коснулись Неведомого. Вот от таких штук некоторых и охватывает зуд заниматься наукой; а другие ничего, не поддаются.
Виды на будущее
Итак, у нас есть технология, позволяющая управлять эволюцией мышей. Исследователи говорят, что целью работы было создание инструмента для лабораторных исследований (например, выведения чистых линий), а о том, чтобы «драйвить» мышек в природе, речь пока не идет. Но наша праздная фантазия не знает преград. Можно, к примеру, распространить среди всех мышей Земли гены, мешающие им переносить бешенство. Или, скажем, сделать бесплодными всех грызунов, самовольно заселивших какой-нибудь прекрасный остров и угрожающих местной экзотичной фауне.
Заниматься генетической инженерией мышей на далеком острове – идея заманчивая: в отличие от крылатых комаров, мышам с острова деваться практически некуда, и, что бы ни ввели им ученые, они это дальше не разнесут. С другой стороны, генетически мышь очень-очень похожа на человека – куда больше похожа, чем, например, тот же комар. В частности, на длинном плече 11-й хромосомы у нас есть ген TYR, малоотличимый от мышиного, с которым работали исследователи из Калифорнии. В случае утечки CopyCat от мышей к человеку через пару тысяч поколений планета будет заселена людьми-альбиносами. Глядя в прекрасные карие глаза персонажей на полотнах Ренессанса, эти наши потомки будут поминать изобретательниц CopyCat такими словами, что те многократно перевернутся в гробу.
Впрочем, этот сюжет абсолютно фантастичен. Люди с мышами пока вроде бы генами не обменивались, и непонятно, с чего бы это могло произойти. Напомним, что конвенция ООН по биоразнообразию отвергла идею запретить генный драйв как потенциально опасную технологию, поскольку сочла, что уж лабораторные исследования точно ничем не угрожают, а когда придет пора выпускать в природу что-то, способное к драйву, ученые будут достаточно осторожны, чтобы не налепить ерунды. А вот то, что мы теперь умеем управлять эволюцией млекопитающих, все-таки внушает некоторые надежды.
Вот один пример. Китайский доктор Хэ Цзянькуй научился редактировать гены человека так, чтобы человек был невосприимчив к ВИЧ. «Зачем?! – закричали критики. – Таким способом все равно не получится сделать устойчивыми все человечество, потому что нельзя заставить всех людей размножаться с помощью ЭКО. А рассчитывать на то, что ген распространится за счет отбора, все равно что желать человечеству пасть жертвой пандемии ВИЧ». Ну вот теперь есть и ответ скептикам: ген устойчивости, как и любое другое желаемое усовершенствование человеческой природы, можно распространить с помощью генного драйва. Есть о чем подумать, пока какой-нибудь комитет по этике не вышибет эти мысли из нашей головы серией звонких подзатыльников, как, собственно, и произошло с Хэ Цзянькуем.
Не факт, что генный драйв пригодится людям, чтобы как-то менять биосферу земли или даже самих себя. Факт, что теперь они это умеют. А к чему все это приведет – ну, надо просто дождаться и увидеть самим, как все будет в будущем. Остается пожелать читателям, которые доживут, чтобы там было только хорошее.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru