© Фото из личного архива Александра Лаврина

Вернуть ушедшую молодость и остановить старение вполне реально: для этого необходимо изменить свой генетический код и стать генетически модифицированным человеком. К такому выводу пришли ученые в США, которые замахнулись на эксперимент, состоявшийся впервые в истории человечества. А в качестве первого шага ввели генетический материал в вену добровольной участнице этого исследования, 44-летней американке Элизабет Пэрриш - биотехнологу по профессии и руководителю научно-медицинской компании.

По замыслу экспериментаторов, новый геном должен проникнуть внутрь ядра каждой клетки и запустить там необратимые процессы, которые останавливают старение и омолаживают организм. Таким образом авторы исследования хотят, насколько возможно, добиться эффекта «вечной молодости» и отключить программу старения у ДНК. «Это попытка повернуть вспять биологические часы, вмешавшись в структуру генома человека» - уверяют ученые, которые надеются, что в будущем их метод станут использовать все молодые люди - по принципу прививки, которую делают один раз в жизни.

Тем временем несколько лет назад другие американские ученые объявили, что готовы создать генномодифицированного человека-мутанта, состоящего из генов 11 животных и насекомых. «Геном человека можно и нужно изменять, - говорят они. - Например, «подсадить» астронавту ген от бактерии, которая выдерживает уровень радиации в 7 раз выше смертельного…».

Чем все это чревато, и каковы шансы на успех? Свое мнение об этом «Росбалту» в рамках проекта "Лучшая половина жизни" высказал Александр Лаврин , писатель, драматург, автор 16 художественных и документальных книг, в том числе фольклорного исследования «Хроники Харона. Энциклопедия смерти».

- Александр Павлович, есть мнение, что попытки вернуть себе вечную молодость - это погоня за призраком. Мол, у нас внутри тикают биологические часы, и когда завод в них кончается, или садятся батарейки, ничего с этим уже не поделаешь…

В организме существует не одна программа старения и умирания, а несколько. Это как на минном поле - если не сработала первая мина, то взорвется другая или третья. Природа специально поставила такой ограничитель, чтобы живые существа, в том числе и человек, не могли стать бессмертными. Программа старения была вписана в нашу генетическую информацию для того, чтобы снизить внутривидовой накал борьбы за выживание и предоставить ареал обитания новым организмам с измененным генетическим кодом. То есть даже если вы и прожили до 120 лет, эта мина рано или поздно все равно сработает, «часовая бомба» взорвется… Это все - попытки обмануть природу. А она не такая уж дура.

- Имеют ли они хоть какой-то шанс на успех? Можно ли повернуть вспять свое биологическое время?

Вспять не повернешь, но, скорее всего, возможно замедлить процессы старения. Даже и без подобных опытов, благодаря тому, что развивается медицина, появляются новые эффективные лекарства и стимуляторы, люди в развитых странах живут все дольше. В США, Израиле, Германии средняя продолжительность жизни с 1900 года выросла на целых 40 лет!

- Но вы сами подчеркнули, что это не из-за вмешательства в генетику…

Вмешательства в геном, даже если они и удадутся, вряд ли дадут человечеству нечто большее, чем новое детище Франкенштейна - правда, с вероятным иммунитетом к любым болезням и неограниченным сроком годности. Люди во всем мире выступают против генетичеки модифицированных продуктов, а тут нам предлагают генетически модифицированного человека. Что с ним станет, как и почему он будет жить? Да и будет ли? Пока реальных доказательств тому нет. Это лишь одна из экстравагантных теорий омоложения, но клинически, на человеке, она не подтверждена.

С другой стороны, понятно, почему ученые все-таки идут на такое экспериментирование, несмотря на риски и запреты. Их главная цель - победа над старостью. Если им удастся внедриться в геном и исправить ход биологических часов клетки, то замедлятся метаболизм и половое созревание, а скорость реагирования нейронов мозга, наоборот увеличится, а значит, возрастут и объемы памяти.

- Чем такой эксперимент грозит его добровольной участнице? Насколько сильно она рискует? И какие вообще могут быть негативные последствия от радикального вмешательства в генетическую природу человека?

Могут возникнуть патологии, которые сейчас невозможно предусмотреть. Когда вы без спросу влезаете в ДНК, то, разумеется, не в состоянии предвидеть всего. Не исключено, что отважная американка добьется общего (и наверняка временного) улучшения своего самочувствия, но одновременно повредит какой-нибудь другой механизм, регулирующий жизненно важные процессы - то есть сломает, так сказать, «организм в организме». Мы, конечно, уже основательно изучили геном человека, но еще не умеем его «чинить». Наглядный пример: мастер-часовщик, скажем, способен разобрать механизм остановившихся часов, почистить его, заменить пару деталей, и часы снова заработают. Но с биологическими часами у человека пока так не получается.

То есть эксперименты по внедрению в клетку определенных веществ или элементов чужого генома, конечно, проводятся, но нет доказательств, будто то же самое можно сделать со всеми клетками организма. Проблема в том, что клетки головного мозга, сердца, нервной системы, эпидермиса - очень разные типы «ячеек» для строения и жизнедеятельности всех организмов. К каждой из них нужно искать свой подход. Это задача невероятной сложности, которая может оказаться под силу только огромному научному коллективу, возможно, десяткам научных институтов по всему миру. Она явно не по плечу одной женщине. То, что делает Элизабет Пэрриш - хорошо, но хорошо только в том смысле, что научное сообщество нужно время от времени будоражить «безумными» идеями.

- Так все-таки, что больше влияет на старение - наши биологические часы или образ жизни, качество медицинского обслуживания, отсутствие стрессов?

Думаю, что тут совокупность факторов. Старение неизбежно, но его можно отодвинуть, а молодость продлить, если исключить ряд факторов неблагоприятного воздействия окружающей среды.

- То есть против природы идти нельзя, можно только ее подкорректировать…

Да, можно. Но не все в силах человека, и даже человечества в целом. Даже основатель компании Apple Стив Джобс или президент Венесуэлы Уго Чавес не смогли справиться со своим недугом. Никакие самые лучше врачи, самые большие деньги и административные возможности их не спасли. И не только их…

По сути, реально бессмертны сейчас только живые существа типа ленточных червей. Вот они действительно способны бесконечно размножаться и делиться, и при известном допущении это можно воспринимать как бессмертие. Все остальные попытки достичь его не принесли результата - ни применение стволовых клеток, ни клонирование. Хотя сил человеческих на эту проблему уже потрачено было немерено. Эликсир бессмертия, к примеру, изобретали в течение многих веков. В VIII в. китайский император Сюань Цзун принял разработанный его алхимиками «эликсир бессмертия», отравился им и умер. В том же Китае считалось, что тайной такого снадобья владеют даосские монахи. По легенде, основатель философской системы дао Чжан Даолан якобы изготовил заветный эликсир, сумел на какое-то время вернуть себе молодость и дожил в районе Тибета до 122 лет.

- Но в случае с Элизабет Пэрриш речь идет не о бессмертии, а всего лишь о борьбе со старостью и дряхлением…

Большинство современных геронтологов считают, что человек умирает рано не из-за генов, а из-за вредного воздействия внешней среды. То есть видовая продолжительность жизни человека больше связана не с генетическим запасом, а с тем, что большинство людей обречены жить в неблагоприятных условиях. Чем лучше условия - тем длиннее жизнь. В тех же Соединенных Штатах за последние 40 лет число людей, достигших 100-летнего возраста увеличилось в 7-8 раз. Сейчас там живет около 62 тысяч долгожителей, возраст которых больше века. По прогнозам, до ста лет дотянет один из 2 тысяч ныне живущих американцев, а до 95 лет - один из 2,5 тысяч граждан США. Это очень высокие показатели.

В теориях же омолаживания и замедления старения недостатка нет. Например, метод ФПГ - физически полезного голодания. Ряд ученых полагают, что для долголетия нужно выводить шлаки, то есть осуществлять постоянную профилактику очистки организма. Нестандартные эксперименты в этой области проводил, в частности, биолог Сурен Аракелян, который взял старых японских кур и «назначил» им 7-дневный курс ФПГ с одновременным введением антистрессового препарата. Отжившие свой век птицы преобразились: у них выросли новые перья, исчез гребень, голос стал почти цыплячьим, резко повысилась двигательная активность. То же самое Аракелян сделал с коровами и свиньями, продолжительность жизни которых якобы выросла в 3 раза.

Механизм этого феномена, как считает сам ученый, выглядит так: при физиологически полезном голодании организм как бы становится на капитальный ремонт, во время которого из клеток выводится натрий, а на его место из межклеточного пространства попадает калий. То есть всего лишь замена одного химического элемента на другой, похожий, дает удивительный эффект. Секрет в том, что натриевые соли способствуют консервации органических веществ. При обычном питании все продукты жизнедеятельности в клетках как бы консервируются, в том числе и шлаки - главная причина старения.

Кстати, не исключено, что сам Сурен Аракелян тоже омолодился в процессе своих экспериментов и поэтому прожил долгую жизнь - сейчас ему 89 лет.

Крупнейший американский ученый в области биохимии, кристаллограф, лауреат двух Нобелевских премий Лайнус Полинг считал, что использование определенных комплексов витаминов тоже способствует продолжительности жизни. А российский физик и химик, академик Николай Эмануэль, изучив особенности старения полимеров, пришел к выводу, что они очень напоминают признаки надвигающейся старости в живых организмах. Похоже на фотопленку: наступает срок, она мутнеет, теряет гибкость, образуются трещины.

Существует не одна теория, объясняющая так называемый «предел (или лимит) Хейфлика». Еще в 60-е гг. профессор анатомии Калифорнийского университета Леонард Хейфлик обнаружил границу числа делений соматических клеток, которая составляет примерно 50-52 деления. Клетки начинают проявлять признаки старения, когда приближаются к своему «полтиннику». Такое число деления записано в ядре ДНК. И его, к сожалению, не изменить. Во время экспериментов ядро клетки, которое делилось уже 40 раз, пересаживалось в молодую клетку, делившуюся всего раз 5-10. Но через 10 делений молодая клетка все равно погибала…

Ученые объясняют это, в частности, накоплением случайных повреждений гена при репликации клетки. Суть в том, что при каждом клеточном делении действуют факторы среды: дым, радиация, химикаты, продукты распада клеток, мешающие точному воспроизведению ДНК в следующем поколении. В организме есть много ферментов, следящих за копированием клетки и устраняющих неполадки. Однако все их они «отловить» не в состоянии. В итоге повреждения ДНК накапливаются и приводят к неправильному синтезу белков, а затем становятся причиной болезней старения.

Но человек в этом плане зависит в значительной степени не от генов, а от набора своих болезней. Три главных заболевания, из-за которых умирают современные люди - инфаркт миокарда, инсульт и онкология. Как бы мы ни старались модифицировать свои гены, от этих угроз здоровью и жизни никуда не деться… Дело не только в генетически запрограммированном старении клеток, но и в эффективности системы клеточной защиты - чтобы мембраны клетки не пропускали определенные вредные вещества, не позволяли разрушать ее раньше времени.

Возможно, внутрь клетки надо вводить не генный материал, а вещества, которые «ремонтируют» ДНК. Для этого в ряде случаев, например, используется пигмент бета-каротин, комплексы витаминов, фермент супероксиддисмутаза и другие антиоксиданты.

- Чем могут быть опасны для обычных людей генетически модифицированные индивидуумы?

Кто же это знает? Может, у них будет меняться сознание, появятся проблемы с психикой. В их организме могу возникнуть и модифицироваться новые вирусы, перед которыми медицина окажется бессильна… Появится, по сути, принципиально новое существо, а значит, и новые типы болезней. Вспомните истории с возникновением СПИДа, «птичьего гриппа», лихорадки Эбола: вдруг, будто ни с того ни с сего, они начинали развиваться с невероятной скоростью, а потом захватывали целые регионы. Так же и здесь - вместе с изменением клетки станут меняться и микроорганизмы, штаммы вирусов. В итоге, мы получим целый букет заболеваний, которые до сих пор не были известны. А можем и не получить. Это генетическая рулетка.

Есть и другая точка зрения: скажем, человечеству в будущем угрожают пандемии гриппа, поскольку этот вирус быстро мутирует. А если учесть, что скорость мутаций возбудителя СПИДа выше в десятки раз, то в будущем ВИЧ наверняка приобретет воздушно-капельный путь передачи. Чтобы защитить человека от этого, нужен очень мощный искусственный иммунитет. Без внедрения в геном создать его невозможно…

- Получается палка о двух концах: на одной чашке весов «вечная молодость», а на другой, увы…

Так бывает всегда. С одной стороны, изобрели радикальные лекарства - прививки от оспы, пенициллин, антибиотики, спасшие немало жизней. Но одновременно цивилизация «дарит» нам и новые типы болезней, в том числе и тех, которые не лечатся никак и ничем, ни за какие деньги и ни в каких лучших современных клиниках - вроде, например, болезни Альцгеймера.

- Значит, экспериментируя с генами, мы каждый раз открываем ящик Пандоры?

Можно сказать и так. При изменении генома человека неизбежно преобразуется и его иммунная система. И не исключено, что некоторые вирусы и заболевания, с которыми она пока что справляется, взломают эту защиту, а человечество получит очередную пандемию. Так стоит ли останавливать время?

Беседовал Владимир Воскресенский

Проект реализован на средства гранта Санкт-Петербурга

Естественный отбор не прекращается ни на секунду. Следовательно, эволюция не дремлет и происходит всегда. Возможно, наше тело продолжит меняться, но в какую сторону? В научной фантастике 1950-х годов люди будущего изображались такими, как если бы эволюция продолжалась в том же направлении, в каком она шла до сих пор. За последние несколько миллионов лет наш мозг увеличился в объеме, поэтому, как считалось, у людей будущего должны быть крупные головы. За прошедшее время мы постепенно росли, так что люди будущего изображались еще более высокими.

Как мы не будем выглядеть в будущем.

Как ни печально, но предсказывать будущее не настолько легко. У эволюции нет внутреннего двигателя, толкающего ее все дальше и дальше в заданном направлении. Для эволюции будущее никогда не является автоматическим продолжением прошлого. Если мы хотим понять, в каком направлении станет развиваться наше тело, нам нужно представить, какие его свойства и признаки будут подвергаться естественному отбору в мире будущего.

Для этого полезно понять, в каком направлении действовал естественный отбор среди наших предков, и задать себе вопрос: какие из факторов не утратили своего значения и сейчас?

Гибель по вине животных

В природе многие животные погибают от хищников. Когда наши далекие предки обитали в Африке, многие из них, несомненно, становились жертвами хищников, как это случается в некоторых частях мира до сих пор. Сотни тысяч лет назад вероятность выжить при встрече с хищным животным зависела от некоторых физических параметров (таких как длина ног), так что естественный отбор по этим признакам, вероятно, сказался на физической эволюции нашего вида. Но в те времена общая популяция гоминидов или предков гоминидов была невелика, так что это был существенный фактор отбора. В настоящее время смерть от лап и зубов хищника - явление редкое, особенно если учитывать, что общее население Земли превышает 6 миллиардов, а многие хищные животные находятся на грани исчезновения. То же можно сказать и о гибели от укусов ядовитых животных или от ядовитых растений. Можно утверждать, что сейчас эти случаи подпадают под категорию случайной смерти. Их количество слишком мало, чтобы привести к закреплению одних признаков и исчезновению других в процессе естественного отбора. Те, кому удается выжить в подобных ситуациях, не оказываются более приспособленными - им просто везет.

Социальные факторы

Распространено мнение, что поскольку человек - животное общественное, то наша социальная организация действует как своего рода препятствие для дальнейшей физической эволюции, потому что естественному отбору сложнее отбирать индивидов по каким-то признакам, когда их поддерживают другие члены группы. Но поскольку социальная организация существует и у наших ближайших родственников - шимпанзе и горилл, то она, по всей видимости, существовала и у наших общих предков. Это значит, что в процессе эволюции человеческое тело становилось человеческим, тело шимпанзе - телом шимпанзе, а тело гориллы - телом гориллы уже тогда, когда действовали и социальные факторы. Развитие сложных социальных связей в группе и взаимная поддержка не препятствуют физической эволюции, как это видно на примере трех видов, каждый из которых приспособлен к своей среде обитания.

Половой отбор

Один из способов, каким естественный отбор осуществлялся после того, как мы стали социальными животными, мог быть половой отбор. Среди животных он очень широко распространен. Далеко не все животные спариваются с первым встречным представителем противоположного пола своего вида. У некоторых видов самки спариваются только с доминирующим самцом группы. Таким образом, доминирующий самец становится отцом всего потомства группы, и следующее поколение по своим признакам напоминает его. Самцы такого вида борются между собой за право доминировать (олени сталкиваются рогами; львы дерутся). Наши предки вполне могли следовать этому принципу, хотя существуют и иные формы брачного поведения. У некоторых видов главное решение остается за самками, а самцы соревнуются между собой, привлекая самок своей внешностью. Такое часто встречается среди птиц, но и у некоторых млекопитающих именно самки выбирают себе партнера. В современном обществе, основанном на европейских традициях, считается, что предлагать свою руку и сердце должен мужчина женщине. Похоже на то, как будто выбирает мужчина, но на самом деле он просто выбирает, кому делать такое предложение, а право окончательного решения остается за женщиной. Если на заре нашей истории женщины сознательно выбирали мужчин по каким-то определенным признакам, то такие признаки должны были закрепляться в последующих поколениях. Такой отбор вполне мог послужить причиной разнообразия цвета волос, присущего народам европейской расы. Но если он и играл какую-то роль в нашей эволюции, трудно сказать, будет ли он действовать в будущем, принимая во внимание огромное количество населения Земли и разнообразие присущих им вкусов - особенно это касается физических признаков, которые одни находят привлекательными, а другие отталкивающими.

Наши тела продолжали меняться не только после того, как у нас появилась социальная организация, но и после того, как наши предки покинули Африку и принялись расселяться по всей планете. Как следствие географической изоляции и различных условий окружающей среды возникли наблюдаемые ныне расовые различия. Могут ли эти различия в дальнейшем стать еще сильнее?

Главный аргумент против заключается в том, что благодаря технологическому развитию у нас появились одежда, жилье, сельское хозяйство и другие способы ограничить воздействия окружающей среды на организм человека. С развитием торговли и транспорта стало возможным передвигаться практически по всему миру, обмениваясь идеями и информацией. Все мы теперь живем в более или менее одинаковой среде. У кого-то рождается больше детей, у кого-то меньше, но на общей эволюции человека это не сказывается.

Напротив, в настоящее время наблюдается стирание расовых различий, поскольку все больше людей вступает в межрасовые браки. Особенно это заметно в США и в некоторых районах Южной Африки, хотя в глобальном масштабе среди общей (и постоянно растущей) популяции в шесть с лишним миллионов человек число потомков от таких браков невелико.

Вероятнее всего, расы не станут расходиться еще дальше, хотя и полного смешения рас в ближайшем будущем ожидать также не стоит.

Культура

Наряду с переменами физического облика происходят и перемены в культуре. В некоторых группах быстрее развивались технологии; в других быстрее усложнялся общественный строй. Было бы неверно называть обитающих в глиняных хижинах людей «примитивными». Пусть они и не изобрели потрясающих воображение устройств, но зато их традиционная социальная организация зачастую сложнее и богаче социальной организации, допустим, обитателей Северной Европы, живущих небольшими семьями, а то и вовсе поодиночке. Жители Северной Европы отказались от обширных родовых связей в пользу небольшой семьи. Может ли средний европеец назвать по имени восьмерых прапрадедушек или перечислить всех своих троюродных братьев и сестер?

Различия в культуре привели к появлению групп с различной социальной организацией в разных частях света. Если эти культурные группы останутся в изоляции, может ли на их основе возникнуть новый вид людей со своими отличительными особенностями организма?

Из истории известно, что люди весьма охотно создают отдельные группы. Это видно на примере разных рас, стран и языков. Даже говорящие на одном языке, но проживающие в разных местах, зачастую отличаются особенностями произношения и поведения, хотя в последнее время различия стираются благодаря развитию транспорта и возросшей мобильности населения. Но ни различия в языке, ни стремление выбирать себе партнеров среди представителей своей культурной группы до сих пор не привели к появлению вида, отличающегося от современного Homo sapiens. Различия, приведшие к разделению нашего вида на несколько рас за последние 60 000 лет, были слишком поверхностными, а языковые группы за пределами Африки образовались и того позже. Люди просто были разделены слишком недолго, чтобы в отдельных популяциях успели накопиться значительные отличия.

Сегодня мир постепенно вступает в эру глобальной культуры, и, скорее всего, культурные отличия будут не увеличиваться, а, наоборот, постепенно стираться, а их влияние на эволюцию - уменьшаться.

Более подходящий кандидат на фактор естественного отбора - это болезни. В прошлом их влияние на популяции было чрезвычайно сильным, да и в настоящее время это основная причина смертности. Но люди умирают от самых разных болезней, и только некоторые из них связаны с анатомическими особенностями нашего тела, так что насколько они будут влиять на дальнейшую эволюцию внешнего облика человека, остается неясным. Например, если кто-то заболел малярией, то это никак не связано с размером его ноги или выступающим подбородком.

С глобальным потеплением и увеличением числа международных воздушных перевозок стоит ожидать естественного расширения географии болезней и ареалов обитания переносящих их насекомых. Для стран и континентов, население которых не обладает иммунитетом к этим болезням, это может обернуться серьезной проблемой. Если из-за этого сократится рождаемость целого поколения, то, возможно, болезни и в самом деле повлияют на физические черты человека в некоторых районах. Но вряд ли такие обстоятельства значительно повлияют на внешний облик человека в целом.

Если естественный отбор по сопротивляемости к болезням и может как-то повлиять на наш организм, то перемены, скорее всего, затронут иммунную систему или биохимический состав. Но даже в таком случае для серьезных перемен потребуются эпидемии глобального масштаба с ужасающе огромным числом летальных исходов. При общем населении Земли в шесть с лишним миллиардов человек это кажется маловероятным. По крайней мере, мы на это надеемся.

Кроме того, болезням противостоят технологии изготовления лекарств, которые должны спасать потенциальных жертв эпидемий. Правда, если лечение будет проводиться примерно так же, как и сегодня (а сегодня, например, эффективное лекарственное лечение СПИДа доступно далеко не везде), то успешная борьба с болезнями будет вестись в лучшем случае на региональном уровне, а в худшем - вообще отсутствовать. В настоящее время СПИД занимает четвертое место в мире среди самых распространенных причин смерти после сердечно-сосудистых заболеваний, инсульта и респираторных заболеваний (от всех их в большей степени страдают люди старшего возраста). К концу 2005 года от СПИДа умерло более 25 миллионов человек, а заразилось вирусом примерно 40 миллионов, в основном - в Африке, южнее Сахары. Количество новых зарегистрированных случаев во всем мире до сих пор растет, и неизвестно, когда эпидемия пойдет на спад, но даже при нынешнем распространении она вряд ли способна изменить облик нашего вида, хотя уже и изменила некоторые особенности поведения.

Войны, как и болезни, способны убивать миллионы. В одном из самых своих ужасных обличий, в виде так называемых этнических чисток, они представляют собой целенаправленное уничтожение отдельных групп населения. Но несмотря на то что такие войны оборачиваются катастрофическими последствиями для этих групп, а также, теоретически, и для их генов, они вряд ли способны изменить облик целого вида, общая популяция которого насчитывает шесть с лишним миллионов индивидов.

Новые изобретения

Современная среда обитания нашего вида отличается от той среды, в которой происходило его эволюционное развитие. Мы загрязнили атмосферу химическими выбросами. Мы постепенно меняем химический состав своей пищи, обрабатывая ее пестицидами с консервантами и добавляя в нее искусственные вещества. Все двадцать четыре часа в сутки на наш организм воздействует электромагнитное излучение в виде радиоволн различной частоты, посредством которых передают радио– и телесигналы различные устройства от спутников до местных вышек и от мобильных телефонов до коммуникаторов. Нас также окружают электрические поля от сотен бытовых приборов, которыми мы обставили свое жилое пространство, - от электрических лампочек и пылесосов до кухонных комбайнов и компьютеров. Мы забываем об этом, потому что у нас нет органов, воспринимающих электромагнитное излучение, ведь до XX века ничего этого не было. Разовьются ли у нас специальные органы? Только если от этого будет зависеть наша способность к размножению. Если разнообразное электромагнитное излучение будет влиять на наше здоровье на раннем этапе жизни или будет непосредственно воздействовать на нашу репродуктивную систему, то, возможно, какие-то средства его обнаружения и появятся. В настоящее время нет никаких доказательств, что такое воздействие существует, хотя, конечно, было бы глупостью не вести наблюдение за этими новыми факторами окружающей среды и за их воздействием на человека.

Электричество уже изменило нашу жизнь так, как эволюция и не предполагала. Благодаря дешевым и удобным источникам искусственного света мы можем продлевать день вне зависимости от времени года, но это сказывается на нашем организме. Наше тело естественным образом реагирует на освещенность. В умеренных широтах зимой, когда светлое время суток длится недолго, человек без искусственного света часто спит до 16 часов в сутки. При доступном искусственном освещении время сна сокращается почти наполовину. Искусственный свет нарушает природную схему выработки гормонов. Гормоны - это химические вещества организма, изменяющие наше физиологическое состояние или воздействующие на определенные органы. Некоторые гормоны вырабатываются в зависимости от дневного ритма. Даже если нарушения в их производстве и не являются непосредственной реакцией на искусственное освещение, то смена режима сна и бодрствования все равно не проходит бесследно и сдвигает наши внутренние часы. Мы также сдвигаем свои внутренние часы, когда совершаем воздушные перелеты на большие расстояния, нарушающие наш естественный цикл дня и ночи.

Мы ощущаем эти нарушения, потому что наш организм (а заодно и его обмен веществ) приспособился к стабильному чередованию света и темноты, дня и ночи. Скажется ли наша тенденция нарушать естественный ритм тела на нашем эволюционном развитии, будет зависеть от того, насколько много людей будет задействовано в таком нарушении и насколько оно повлияет на нашу способность заводить детей. Но даже если будут задействованы миллиарды людей и такая смена режима повлияет на их репродуктивные способности (что само по себе маловероятно), то вряд ли у людей, работающих допоздна или часто летающих самолетами, появятся общие генетически обусловленные черты, способные изменить анатомию нашего вида. Ведь не бывает такого, чтобы, например, у всех, кто работает допоздна, глаза были расположены ближе друг к другу, а у всех, кто летает международными рейсами, отсутствовали мочки уха.

Генетически модифицированные организмы

Мы, как вид, недавно приобрели способность непосредственно изменять генетический состав других видов и создавать генетически модифицированные организмы (ГМО). Некоторые утверждают, что это ничем не отличается от искусственного отбора, которым мы занимаемся не одну тысячу лет и в результате которого также появляются животные и растения с новым набором генов. На самом деле такое сравнение неверно. Искусственный отбор, или селекция - это способ выбора конкретных признаков, какие мы хотим видеть у своих коров или собак, то есть внутри одного вида. В случае генной инженерии гены одного вида переносятся другому виду. Когда мы берем ген морозоустойчивости у рыб, благодаря которым кровь у них не свертывается в холодной воде, и переносим его в помидоры, чтобы они не замерзали при транспортировке, то мы получаем результат, какого было бы весьма трудно добиться методами традиционной селекции.

В настоящее время во всем мире ведутся споры по поводу разумности таких технологий. Гены - это скопления молекул, эволюционировавших на протяжении длительного времени вместе. Конечный результат зависит от взаимодействия генов клетки между собой и от взаимодействия их с окружающими тканями. Для того чтобы точно узнать, что перенос данного гена будет иметь только один конкретный результат и никак не повлияет на другие свойства организма или на его потомство, нужно провести очень обширные и серьезные исследования.

Многие выражают озабоченность возможным влиянием ГМО на здоровье людей или на окружающую среду. При этом сами по себе ДНК генетически модифицированных организмов вряд ли повлияют на здоровье людей, ведь люди постоянно употребляют в пищу ДНК других видов. Мы поглощаем чужие ДНК всякий раз, как съедаем банан или курицу; мы просто их перевариваем. В процессе эволюции мы приспособились переваривать ДНК, и та же участь ожидает искусственные комбинации генов. Но употреблять в пищу генетически модифицированные продукты - это другое дело. Теоретически модифицированные гены могут начать производить химические вещества, которые растение в его естественном виде не производит. А эти химические вещества в свою очередь могут в перспективе повлиять на здоровье людей или послужить причиной аллергических реакций.

Предполагается, что лаборатории, в которых создаются ГМО, проводят клинические испытания продуктов с целью обнаружения побочных эффектов и только потом переходят к полевым испытаниям сельскохозяйственной культуры.

Если искусственная ДНК передастся от генетически модифицированных растений популяциям диких растений, то последствия для окружающей среды могут оказаться непредсказуемыми. В прошлом ничего подобного никогда не было - до недавнего прошлого модифицированных лабораторным образом ДНК в природе не существовало. Поэтому никто не обладает достаточными сведениями, на основании которых можно было бы строить какие-то прогнозы.

В данном случае нас интересует, может ли новая комбинация генов воздействовать на окружающую среду таким образом, что это повлияет на физиологическую эволюцию человека. Утверждать что-либо с уверенностью невозможно. Любое опасное воздействие на окружающую среду, по всей видимости, будет необратимым, но насколько оно затронет наш вид, говорить с уверенностью пока не берется никто. Опять-таки, никто не обладает достаточным опытом, чтобы делать на его основе предсказания.

Генетически модифицированные люди

В настоящее время врачи используют различные технологии для того, чтобы помочь бездетным парам завести детей. Эксперты по репродуктивному здоровью применяют специальные препараты для ускорения овуляции, проводят оплодотворение «в пробирке» и хранят замороженные эмбрионы для последующей их имплантации. У пар, которые раньше не могли передать свои гены следующим поколениям, появилась возможность родить здоровых детей. Можно, конечно, утверждать, что такое медицинское вмешательство в процесс размножения противоречит природе и является неестественным. Но наш вид - это результат природного развития, и все, что мы делаем, просто не может быть неестественным. Даже когда человек заливает поля асфальтом и воздвигает на месте лесов сооружения из бетона и стекла, это не менее естественно, чем когда другие виды покрывают морское дно кораллами, а бобры перегораживают реку плотиной, заливая водой окружающую местность. Некоторые считают медицинское вмешательство в процесс деторождения нежеланным, но «желанное» или «нежеланное» - это уже другой вопрос. Врачи существуют как раз для того, чтобы помогать организму делать то, в чем он не справляется сам. Мы же редко просим врачей не вмешиваться в естественный процесс кровотечения из носа или в естественный процесс «умирания от гриппа».

Тем не менее мы подошли к самой грани, за которой открывается совершенно иной вид вмешательства: генная инженерия и сознательный выбор физических признаков наших детей. Мы и раньше принимали решения, от которых в определенной мере зависел облик нашего потомства, но такой выбор осуществлялся посредством полового отбора («Не хочу лысого партнера, хочу с волосами»), а в недавнее время появилась возможность выбирать из разных анонимных доноров спермы. Но сейчас мы предвидим, что в ближайшем будущем признаки наших детей можно будет в мельчайших подробностях выбирать при помощи специальных «конструкторов».

Конечно, можно утверждать, что и в таком конструировании последующего поколения нет ничего неестественного («Все, что мы делаем, не может быть неестественным»), но в этом способе выбирать детей по своему вкусу кроется одна опасность. Сознательный отбор черт потомства подразумевает, что мы точно знаем, какие признаки окажутся важными для нашего вида завтра. Иначе мы можем, сами того не зная, удалить из популяции те признаки, которые позже окажутся очень важными для нашего выживания.

Идеи о контролируемом выборе признаков потомства появлялись и раньше, но до изобретения генной инженерии это предлагалось делать методами искусственного отбора. Особенно широко идея о совершенствовании человеческой расы (так называемая евгеника) была распространена в 1930-х годы, и крайним ее воплощением стало стремление нацистов создать арийскую расу сверхлюдей со светлыми волосами и голубыми глазами. Не говоря о моральной стороне дела и о том, что такие меры крайне обеднили бы генетическое разнообразие человека, эта идея в своей основе была ошибочной, предполагавшей, что окружающая среда будет оставаться неизменной. Семьдесят лет спустя, когда в озоновом слое появились дыры, блондины становятся более подверженными раку кожи, а голубые глаза при более ярком освещении начинают видеть хуже карих глаз.

Если мы продолжим загрязнять атмосферу, то может получиться и так, что темнокожим, темноволосым и темноглазым индивидам будет легче сохранять здоровье, и у них будет больше шансов родить здоровых детей. А количество голубоглазых блондинов из поколения в поколение будет постепенно исчезать, не передав свои гены потомству. Конечно, это вряд ли произойдет, и не только потому, что голубоглазые блондины, как правило, живут в тех частях света, где люди смазывают себя кремом от загара, носят очки и посещают высококачественных специалистов, но факт остается фактом - дыр в озоновом слое нацисты не предвидели.

Мы точно так же не можем предвидеть перемен в окружающей среде, но как без такого знания мы беремся выбирать признаки наших детей? По каким критериям будет осуществляться отбор? Рассуждая о выборе цвета глаз или о росте будущего ребенка, мы и в самом деле выбираем то, что будет лучше ребенку или просто следуем моде общества, озабоченного физическими стереотипами? Не было бы гораздо полезнее для ребенка, если бы он родился с хорошей иммунной системой?

Идея конструктора детей может стать реальностью, и мы тогда действительно получим возможность выбирать признаки детей по своему усмотрению. Но и в таком случае, даже если эта идея пройдет моральную проверку на социальную приемлемость, она будет доступной только для небольшого количества людей в самых богатых странах. Вряд ли в обозримом будущем она повлияет на эволюцию человеческого тела в глобальном масштабе, но может повлиять на развитие локальных групп и привести к образованию своего рода генетических каст, что уже описано в фантастических произведениях.

Глобальный масштаб

Пытаясь предсказать развитие человеческого тела в будущем, мы всякий раз возвращаемся к одной и той же проблеме. Ситуация сегодня, когда многочисленная популяция расселилась по всей планете, коренным образом отличается от той ситуации, когда небольшая группа особей вида Homo sapiens эволюционировала на африканском континенте. Любой фактор, способный повлиять на наш внешний вид, должен действовать в самом широком масштабе и затрагивать огромное количество людей. В настоящее время мы даже представить себе не можем, какую форму должно принять такое глобальное воздействие. Пожалуй, для этого потребуется столкновение с гигантским астероидом или кометой либо массивная вспышка на Солнце, в результате чего большая часть людей погибнет, а небольшой группе оставшихся придется снова заселять Землю. Только так внешность поменяется одинаковым образом у каждого члена нашего вида. Следовательно, если нам повезет, то наш вид в будущем заметно не изменится, хотя эволюция не дремлет, и говорить об этом с полной уверенностью было бы наивно.

Нас не должно удивлять такое бессилие предсказаний по поводу дальнейшей судьбы нашего тела. Мы - часть жизни, а в мире нет ничего сложнее жизни. Естественные науки (физика, химия, геология, астрономия, даже метеорология) имеют дело с простыми явлениями природы; биология же имеет дело с крайне сложными ее проявлениями, описать которые физическими законами или математическими закономерностями порой просто невозможно. В биологии приходится учитывать слишком много переменных, поэтому ее нельзя назвать точной наукой. Если подбросить камень, он упадет на землю. Если подбросить птицу, то кто скажет, где она опустится?

Эволюция нечеловеческого тела

Под конец главы дадим волю нашему воображению и пофантазируем. Разнообразие жизни на Земле поражает, но на других планетах и их спутниках совершенно другие условия окружающей среды. Земля уникальна даже в ряду планет нашей Солнечной системы. Когда биологи пытаются предсказать, какие формы примет жизнь на других планетах, они неизбежно подразумевают, что она будет развиваться в условиях, схожих с земными. Но кто знает, как она проявит себя на широких просторах галактики? В других звездных системах могут обнаружиться кристаллические формы жизни со сроком жизни порядка 10 000 лет или молекулярные формы жизни со сроком жизни в несколько долей секунды. Наши предсказания ограничены не только недостаточными знаниями о Вселенной, но и тем, что все эти знания связаны исключительно с Землей. Нам очень трудно представлять то, что не имеет никакого отношения к нашему опыту.

Если эта книга чему-то и учит, так это тому, что наше тело - результат долгой и сложной истории, в ходе которой эволюция делала повороты в разных направлениях, и каждый из них мог закончиться иначе. Мы выглядим так, как выглядим, только потому, что на определенных этапах развития эволюция дала нам двустороннюю симметрию, челюсти и зубы, парные плавники, четыре конечности, пять пальцев, два глаза, локти и колени, запястья и плавники, приспособления к жизни на деревьях, руки и ноги, а также лишила хвоста и цепкости ног.

А это, в свою очередь, подводит нас к мысли, что как бы ни выглядели внеземные разумные создания, они, скорее всего, имеют мало общего с зелеными человечками или серыми гуманоидами с раскосыми глазами. Вероятность того, что эволюция на других планетах шла по-другому, достигает астрономических значений. Достаточно оглянуться вокруг и посмотреть на другие земные виды, чтобы понять, насколько легко эволюция производит самые различные формы тела. Сравните человека, например, с осьминогом, насекомым, земляным червем или медузой. Если где-нибудь и приземлится летающее блюдце и из него выйдет зеленый человек, то можно быть уверенным - он родом с Земли, и его предки были рыбами.

КОНЕЦ

Еще раз: модифицировали гены репродуктивных клеток человека и выращивают из них эмбрионы.

В то время когда я пишу этот текст, детали работы неизвестны, поэтому нельзя сказать, насколько далеко зашел эксперимент. Трансплантирован ли эмбрион матери и скоро появится первый генетически модифицированный человек? Остановлено ли его развитие в пробирке? Какие гены отредактированы?

Ответ на первый вопрос: почти гарантированно «нет», но цель экспериментов именно такова, чтобы в ближайшем будущем - не через десятилетия, а через годы - генетические модификации людей стали реальностью.

Пока известно, что эксперименты провели китайские ученые, но не стоит думать, что это единичный акт или газетная утка. По той же тематике работает множество лабораторий и групп. В марте в журнале Массачусетского технологического института опубликовано расследование Антонио Регаладо под заголовком «Конструирование идеального малыша». (Для справки: MIT - один из самых престижных научных институтов, только нобелевских лауреатов оттуда вышло 63 человека, многократно больше, чем, например, из России.) Автор подробно рассказывает о масштабных работах по исправлению и улучшению геномов животных и человека: Бостон, Гарвард, Кембридж, Массачусетс, Великобритания, Китай… Лучшие лаборатории, частные компании с огромными бюджетами…

Молекулярная биология долго шла к этому. Десятки лет совершенствовали методики, десятки лет студентам рассказывали о генетической терапии. Казалось, что это дело будущего: говорим давно, а терапии всё нет. Но в 2012 году появляется технология CRISPR - запомните эту аббревиатуру, возможно, вам доведется на практике воспользоваться ею.

Технология проста как топор, дешева, применить ее может любой студент с навыками лабораторной работы. Это молекулярная система бактериального происхождения, которая распознает заданный участок ДНК и редактирует его: можно вырезать ненужные нуклеотиды, вставить нужные, активировать или подавить работу конкретного гена. В первые же восемь месяцев эти возможности были продемонстрированы на множестве объектов, в том числе на клетках человека. Не минуло и трех лет, как в дело пошли эмбрионы. Понятно почему: инструмента такой избирательности и эффективности у молекулярных биологов до сих пор не было.

Первые мишени - генетические заболевания. Берем у женщины яйцеклетку, исправляем ген в лаборатории, проводим искусственное оплодотворение, подсаживаем эмбрион матери. Рождается здоровый ребенок, и все последующие поколения избавлены от наследственных недугов. Справедливо будет сказать, что точно ассоциированных с какими-то генами заболеваний немного, зато очень много генов предрасположенности к болезням. Кто откажется их исправить?

Пока технология находится в зародыше, потому что есть проблемы. Но учитывая взрывное развитие методов работы со стволовыми клетками, можно предположить, то эти проблемы будут решены в течение нескольких лет. Дальше - со всей очевидностью - больше: заказы на улучшение способностей (кто не захочет, чтобы ребенок был здоровым, сильным, красивым и умным?), а чуть позже и новые необычные черты вплоть до крылышек за спиной. Ангелочка заказывали? Позитивная евгеника в лучшем виде.

Но вдруг через несколько дней после публикации Антонио Регаладо в Nature появляется статья нескольких ведущих специалистов в этой области с призывом прекратить на неопределенное время работы с репродуктивными клетками человека. Логика простая: во-первых, технология недоработана даже на животных, во-вторых, мы не знаем последствий. Что будет через десять лет с «отредактированным» человеком? А с его потомством? Когда-нибудь в обозримом будущем мы в этом разберемся. А вот в чем не разберемся, пожалуй, никогда - в эволюционных последствиях генетической революции. Что произойдет с родом человеческим?

В январе один из авторов метода CRISPR Дженнифер Дудна собрала в Калифорнии два десятка специалистов, обеспокоенных темпами работ. На встречу приехал восьмидесятивосьмилетний Пол Берг, нобелевский лауреат, который организовывал историческую Асиломарскую конференцию 1975 года. Тогда ученые выработали единые стандарты для генной инженерии. Получится ли сейчас?

Будущее, как всегда, пришло не вовремя, и, как всегда, мы к нему не готовы.

Ребята, мы вкладываем душу в сайт. Cпасибо за то,
что открываете эту красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте

Уже не раз художественные выдумки фантастов воплощались учеными в реальность. Телефон, подводная лодка, ракета и многое-многое другое. И вот снова идея фантастических романов обрела реальную основу - на этот раз в области генной инженерии. Вполне возможно, что мифический «источник молодости» найден, и это как раз заслуга генетиков. Ведь пока неизвестны точные механизмы старения, но доказано, что процессы увядания напрямую зависят от состояния теломер - концевых участков хромосом: чем они длиннее, тем дольше живет человек.

В 2016 году 45-летняя директор BioViva USA Inc. Элизабет Пэрриш (Elizabeth Parrish) утверждала, что успешно прошла курс генной терапии против старения. Терапия предполагала устранение двух основных эффектов от процесса старения: укорачивание теломер и потеря мышечной массы.

Теломеры - это участки хромосом, которые отвечают за количество делений клетки до ее уничтожения. Хотя длина теломер у каждого человека индивидуальна, рождается человек с длиной теломер 15–20 тыс. пар нуклеотидов, а умирает с длиной 5–7 тыс. Длина их постепенно уменьшается за счет процесса, называемого пределом Хейфлика , - это количество делений клеток, примерно равное 50. После этого в клетках начинается процесс старения. В ходе исследований выяснили, что ДНК может восстанавливаться за счет фермента теломераза , который взаимодействует с теломерами и «возвращает» их изначальную длину.

Процесс восстановления теломер на данный момент запускает модифицированная РНК, которая несет в себе ген обратной теломеразной транскриптазы (TERT). После того как РНК была введена в теломеру, она повышает активность теломеразы на 1−2 дня. За это время она активно удлиняет теломеры и после этого распадается. Полученные в итоге клетки ведут себя аналогично «молодым» и делятся во много раз интенсивнее, чем клетки контрольной группы.

Благодаря такому способу удалось удлинить теломеры более чем на 1 000 нуклеотидов, что примерно равно нескольким годам человеческой жизни. Этот процесс безопасен для здоровья и не приводит к ненужным модификациям и мутациям клеток, так как иммунная система не успевает отреагировать на введенную в организм РНК.

Лаборатория SpectraCell подтвердила , что успех терапии возможен. В 2015 году перед началом терапии у Элизабет взяли кровь на анализ: длина теломер лейкоцитов составила 6,71 тыс. пар нуклеотидов. В 2016 году после окончания терапии кровь Пэрриш снова взяли на анализ: длина теломер лейкоцитов увеличилась до 7,33 тыс. пар. И это означает, что лейкоциты крови испытуемой «помолодели» примерно на 10 лет. Процедуру Пэрриш проходила в Колумбии, поскольку в США такие эксперименты запрещены.

Результаты исследования были подтверждены двумя независимыми организациями - бельгийской некоммерческой организацией HEALES (HEalthy Life Extension Company) и британским Исследовательским фондом биогеронтологии (Biogerontology Research Foundation). Результаты пока не подвергались экспертным оценкам.

Вторая цель терапии была направлена на попытку подавить выработку белка миостатина : он подавляет рост и дифференцировку мышечной ткани. Образуется этот белок в мышцах, затем выделяется в кровь. У человека миостатин закодирован в гене MSTN. Исследования на животных уже показали, что блокирование действия миостатина приводит к значительному увеличению сухой мышечной массы с практически полным отсутствием жировой ткани.

Мнение самой Элизабет: «Нынешняя терапия по „удлинению“ теломер предлагает пока только изменение образа жизни пациента: отказ от мяса, спорт, избежание стрессовых ситуаций. Я считаю это малоэффективным. А вот достижения в области биотехнологии - лучшее решение, и если результаты эксперимента, проведенного на мне, точны, то мы сделали огромный прорыв в науке».

Данная терапия поможет проводить эксперименты для исследований медицинских препаратов и моделирования заболеваний более быстро и качественно, а в перспективе может использоваться для продления жизни.

Возможно, Элизабет Пэрриш стала пионером в области генной терапии, связанной с борьбой со старением, и даже более того, это может быть первым шагом на пути к бессмертию. А как вы считаете, мы близки к научному прорыву или это все огромных масштабов пиар-ход?

17 Марта 2016

Зачем ученые хотят изменять геном человеческих эмбрионов

В феврале 2016 года в Великобритании впервые разрешили эксперименты по редактированию генома человеческих эмбрионов. Этот случай стал уже вторым, когда генетика забирается в святая святых – «изначальную» ДНК, на основе которой создаются все остальные клетки человека. «Чердак» выяснил, зачем нужны и чем опасны подобные эксперименты.

Зарождение новой человеческой жизни – настоящее чудо даже с точки зрения науки. В одной-единственной клетке сначала сливаются половинки генома отца и матери, а затем этот набор из 46 хромосом создает все разновидности клеток будущего организма: от вспомогательных клеток плаценты и пуповины до остеобластов, из которых строятся кости, и светочувствительных клеток сетчатки глаза. При этом каждая разновидность клеток «знает» время и место своего появления, иначе вместо нового человека получился бы клеточный суп. Удивительная точность, с которой клетки определяют «расписание» развития, достигается благодаря тому, что ДНК и ее помощники – РНК и белки – работают как хорошо сыгранный оркестр, слаженно и четко регулируя активность генов.

Неудивительно, что с тех пор, как ученые в 1970-х научились расшифровывать последовательности ДНК и РНК, Святым Граалем молекулярной генетики стала возможность узнать, что же именно происходит с ДНК при эмбриональном развитии, какие гены отвечают за то, чтобы из одинокой маленькой клеточки получился целый человек. Но до 2012 года подходящего инструмента для таких исследований не существовало.

«Некоторые моменты изучены, но в основном это темный лес», – рассказывает член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной биологии стволовых клеток Института цитологии РАН Алексей Томилин.

Есть два главных способа узнать, какую функцию выполняет ген – выключить его (это называется генный нокаут или нокдаун, по аналогии с боксерским ударом, после которого противник не может продолжать бой) или заменить его другим (трансгенез) и посмотреть, что после этого изменится в жизни клетки и целого организма.

Подобные манипуляции с геномом традиционно проводятся на эмбриональных стволовых клетках (ЭСК) мышей, которые затем вводят обратно в эмбрионы, а те, в свою очередь, подсаживают в матки мышей для имплантации. В результате на свет появляются химеры, животные, одни клетки которых несут измененную «донорскую» ДНК, а другие – ДНК суррогатной матери. Эффект введенной в геном модификации изучают на их потомках, часть которых будет носителями только модифицированного генома. «Применение подобного подхода для изучения раннего развития человека, очевидно, невозможно, – объясняет Томилин. – Единственная возможность провести генные манипуляции с зародышем человека и оценить их влияние на его развитие – это короткий промежуток в шесть дней между оплодотворением и имплантацией».

До недавнего времени перед учеными стояла еще и чисто техническая проблема. Чтобы отредактировать геном, нужно заставить ферменты-нуклеазы, расщепляющие цепочку ДНК, связаться с ней строго в нужном месте. Методы «наведения», которые применялись ранее, справлялись со своей задачей примерно в 20% случаев.

Этого вполне достаточно, чтобы создавать генномодифицированные растения, проводить опыты на мышиных эмбрионах или клетках «взрослых» человеческих тканей. Во всех этих случаях можно взять сразу много подопытных клеток, а потом отобрать для дальнейшего использования только те, в которых редактирование прошло успешно. Но человеческие эмбрионы – слишком ценный объект для исследований. В лабораторию ученого они могут попасть лишь как подарок от пар, прошедших процедуру ЭКО (при этом оплодотворяются сразу несколько яйцеклеток, но матери имплантируются одна-две, остальные остаются на хранении в заморозке или уничтожаются). Учитывая неточность технологий по изменению генома, такого числа яйцеклеток категорически недостаточно.

«Ситуация в корне изменилась после открытия технологии генного редактирования CRISPR/Cas9», – рассказывает Томилин. Система CRISPR/Cas9, впервые испытанная в 2012 году, к 2015-му показала эффективность в 90% на эмбрионах мышей и 94% на незрелых Т-лимфоцитах и гемопоэтических стволовых клетках человека. Казалось бы, пора отправляться в поход за Граалем.

Этика остановила

В апреле 2015 года впервые в мире опыты по провели китайские ученые из Университета Сунь Ятсена под руководством Цзюньцзю Хуана (Junjiu Huang). Они взяли 86 оплодотворенных человеческих яйцеклеток и с помощью CRISPR/Cas9 попытались исправить в них мутантный ген, вызывающий бета-талассемию, тяжелое наследственное заболевание крови. Результат оказался неожиданным. CRISPR/Cas9 правильно изменила геном лишь в 28 эмбрионах, а при дальнейшем делении новый ген сохранили только четыре из них. Впрочем, это не остановило китайских исследователей. Цзюньцзю Хуан собирается и дальше экспериментировать с человеческими эмбрионами, в первую очередь, чтобы найти способы повысить эффективность действия CRISPR/Cas9.

«Исследования Хуана показали, что еще рано говорить о редактировании генома человека на предимлантационной стадии, – поясняет Алексей Томилин. – Слишком низкая эффективность и слишком высокий риск побочных изменений в геноме (так называемый off-target effect). Когда обе проблемы будут решены, тогда можно будет говорить о генетической коррекции зародышевой линии человека. Почему CRISPR/Cas9 часто бьет мимо цели в эмбриональном геноме, сказать сложно. Работы над повышением точности и эффективности редактирования с помощью CRISPR/Cas9 ведутся. Нет сомнений, что прогресс будет».

Статья китайских исследователей неожиданно вызвала громкий отклик у их европейских и американских коллег, причем ученых беспокоила вовсе не низкая точность редактирования, а этическая сторона вопроса. Уже в апреле 2015 года в журнале Science появилась ответная статья за подписью 18 специалистов по геномике и стволовым клеткам, среди которых были и исследователи, которые непосредственно участвовали в разработке и улучшении метода CRISPR/Cas9, – Дженнифер Дудна и Мартин Жинек. Они призывали коллег с осторожностью отнестись к перспективе редактирования эмбрионального генома, настаивая, что людям нужно время, чтобы осмыслить возможные последствия такого вмешательства, иначе недалеко и до евгеники – выведения «породы» людей с заданными характеристиками. Беспокойство авторов статьи в октябре 2015-го поддержал Международный комитет по биоэтике при ЮНЕСКО, призвав наложить временный мораторий на подобные работы с человеческими клетками.

Чего так боятся ученые? Этические вопросы вызывают вовсе не страдания или уничтожение эмбрионов в ходе генетических экспериментов. На стадии одного–шести дней после оплодотворения эмбрион представляет собой комочек всего из нескольких десятков клеток. Беспокойство вызывает как раз не-уничтожение модифицированных эмбрионов. Изменения, внесенные в гены половых клеток, оплодотворенной яйцеклетки и клеток эмбриона на ранних стадиях развития, передаются по наследству всем потомкам модифицированного организма. Это называется изменением зародышевой линии.

Первый шаг

Несмотря на неоднозначные результаты группы Цзюньцзю Хуана и этическую дилемму генетического редактирования эмбрионов как такового, 1 февраля 2016 года , что британское Управление по оплодотворению человека и эмбриологии (HFEA – Human Fertilisation and Embryology Authority) выдало разрешение на редактирование эмбрионального генома доктору Кэти Ниакан из института Френсиса Крика.

Ниакан почти 10 лет занимается изучением того, как стволовые клетки определяются со своей будущей специализацией в человеческих и мышиных эмбрионах. В последнее время ее исследовательская группа пыталась узнать ответ на этот вопрос, расшифровывая последовательности РНК – молекул-посредников, передающих информацию из ДНК рибосомам, клеточным машинам, которые синтезируют белки. Ученым удалось определить несколько генов, которые работают только в человеческих клетках и определяют отличия в раннем развитии человека от тех же мышей, например ген KLF17. Чтобы понять, какие функции выполняют эти гены, и нужны эксперименты, требующие редактирования ДНК. В этом смысле цели, которые ставят перед собой Ниакан и ее коллеги, гораздо ближе к поиску генетического Грааля, то есть к ответам на фундаментальные научные вопросы, чем цели китайских ученых.

Другая задача британских биологов – понять, какие гены ответственны за успешное развитие эмбриона в целом, и особенно за правильное формирование плаценты. Это знание может многое изменить в диагностике и лечении бесплодия. Статистика говорит, что 15–20% всех беременностей заканчивается выкидышем на самых ранних сроках, при этом женщины даже не знают, что были беременны. С другой стороны, при процедуре ЭКО в матку будущей мамы успешно имплантируются только 25% эмбрионов. Чаще всего это связано именно с генетическими неполадками самого эмбриона, который в нужный момент не может прикрепиться к стенке матки или позже сформировать полноценную плаценту для своего развития. У Ниакан и тут есть свой «подозреваемый» – ген Oct4, недостаточная активность которого у мышей связана с замедлением производства стволовых клеток.

Человеческий эмбрион на разных стадиях развития.
Клетки, в которых активны отмеченные слева гены, выделены соответствующим цветом.
Фото: Kathy Niakan group, Francis Crick Institute

Третья цель Ниакан – разобраться, чем развитие эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) в естественных условиях отличается от их роста и специализации в пробирке. Заместительная терапия эмбриональными стволовыми клетками – одновременно очень многообещающий и очень опасный метод. Многообещающий – потому что ЭСК не вызывают иммунного ответа, который приводит к отторжению донорских тканей при обычной пересадке. Кроме того, из ЭСК можно вырастить клетки любого органа. В перспективе с их помощью можно будет лечить болезнь Альцгеймера, ишемическую болезнь сердца, недостаточность функции щитовидной железы, ДЦП и много чего еще.

Опасен же этот метод потому, что вне эмбриона стволовые клетки часто ведут себя непредсказуемо. Например, у подопытных животных они вызывают образование опухолей. Чтобы превратить такие последствия, нужно выяснить, какие гены у ЭСК в пробирке работают иначе, чем в эмбрионе, и какие условия на это влияют. У опять же у Ниакан и ее команды уже есть гены-кандидаты, например ARGFX.

Разобраться со всеми этими вопросами британским биологам предстоит в сжатые сроки – разрешение HFEA действительно только три года. И это не единственное ограничение, наложенное на проект Ниакан. В ходе экспериментов эмбрионы могут развиваться лишь 14 дней, после чего должны быть уничтожены.

Последовательная активация и прекращение работы тех или иных генов в процессе эмбрионального развития не просто прописана в ДНК, на нее влияют факторы среды – гормоны матери, вещества, попадающие в ее тело извне. При этом известно, что у млекопитающих условия, в которых развивался эмбрион, могут определять дальнейшую судьбу родившегося существа – программировать некоторые заболевания или склонность к ним, например гипертонию или метаболический синдром.

Для человека многие из этих факторов даже не описаны, ведь никто не станет проводить эксперименты на беременных женщинах. Технологии редактирования ДНК еще слишком несовершенны, чтобы выводить генномодифицированных людей, но с их помощью уже можно выяснить, откуда берутся врожденные заболевания и как их предотвратить. Как считает Алексей Томилин, «зеленый свет» проекту Кэти Ниакан – первое, но не последнее «послабление». В тех странах, где эксперименты с предимплантационными человеческими эмбрионами не запрещены напрямую (так обстоят дела, например, в Германии), наверняка вскоре появятся новые исследовательские проекты, стремящиеся заглянуть в святая святых.