Истоки победы. Как разрушительные военные инновации определяют судьбы великих держав

Несколько лет назад я участвовал в совещании по новым технологиям в Центре новой американской безопасности в центре Вашингтона, округ Колумбия. Центр - это общественно-политический институт, известный как "мозговой центр", специализирующийся на вопросах национальной безопасности. Среди присутствующих был Роберт Ворк, который недавно покинул пост заместителя министра обороны. Мы с Бобом знакомы уже несколько десятилетий, и я был рад оказаться напротив него за столом переговоров.

Во время вступительной дискуссии обсуждались уже знакомые технологии, такие как направленная энергия, гиперзвуковые двигатели и робототехника. Затем разговор перешел к тому, что называется "CRISPR".

Я понятия не имел, что такое CRISPR.

Глядя через стол, я видел, как Боб понимающе кивал, когда коллега говорил о своих опасениях, что CRISPR может стать "переломным моментом" в решении проблем безопасности, стоящих перед Соединенными Штатами. Боб согласился, отметив, что этот вопрос привлек внимание на самом высоком уровне администрации Обамы.

Мой подход в таких ситуациях, когда я совершенно не понимаю, что происходит, заключается в том, чтобы внимательно слушать разговор в надежде, что в конце концов он расскажет о том, что обсуждается в понятных мне терминах.

Не повезло.

После того, что показалось вечностью - вероятно, пять минут или около того - я наклонился к Бобу и спросил, sotto voce, "Боб, что такое CRISPR?".

"Редактирование генов!" - прошептал он в ответ. "Это техника редактирования генов, которая революционизирует биологические науки".

Было ясно, что мне предстоит серьезная домашняя работа.

Боб, как это почти всегда бывает, оказался прав. Перспективы разрушительных достижений в области синтетической биологии получили серьезный толчок после открытия нового метода редактирования генов, основанного на молекуле CRISPR-Cas9 или просто CRISPR. CRISPR расшифровывается как Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Это уникальные последовательности ДНК, встречающиеся у некоторых бактерий и других микроорганизмов. Эти последовательности, а также расположенные рядом с ними гены, называемые "CRISPR-ассоциированными" (или "Cas") генами, образуют иммунную систему, которая защищает от вирусов и других форм инфекционной ДНК.

Система CRISPR идентифицирует, разрезает и удаляет ДНК. Наиболее изученная система CRISPR связана с белком Cas9, отсюда "CRISPR-Cas9". В 2012 и 2013 годах исследователи начали модифицировать CRISPR-Cas9 и использовать его для редактирования геномов растений, животных и микроорганизмов. (Геном - это весь набор ДНК организма, включающий все его гены). CRISPR представляет собой значительное улучшение по сравнению с другими подобными технологиями по простоте использования, скорости, эффективности и стоимости. Он работает путем объединения фермента (Cas9, нуклеаза), который разрезает ДНК, с направляющей частью генетического материала - направляющей РНК (рибонуклеиновая кислота) - для определения места в геноме. Направляющая РНК нацеливается и связывается с определенной последовательностью ДНК, а присоединенный фермент Cas9 разрывает ДНК в этом месте. После этого разрез может быть использован для вставки, удаления или иного редактирования последовательности ДНК. Затем разрез закрывается, и изменения остаются на месте. Можно изготовить направляющую РНК, соответствующую практически любой последовательности в геноме организма, включая геном микроорганизма, животного или растения.

Эти характеристики заставили журнал Science назвать CRISPR-Cas9 "Прорывом года" в 2015 году. Если использовать аналогию с обработкой текста, то переход к CRISPR напоминает переход от использования электрической пишущей машинки, где неправильно написанное слово исправлялось с помощью жидкости (Wite-Out) или ленты для зачеркивания неправильных букв, к современным персональным компьютерам, где этот процесс выполняется быстро и точно с помощью команд "вырезать" и "вставить". Благодаря этим преимуществам многие эксперты в области бионаук пришли к выводу, что CRISPR-Cas9 может обеспечить значительные успехи в профилактике, лечении и излечении широкого спектра заболеваний и других вредных медицинских состояний, а также существенную экономию средств.

CRISPR-Cas9 способствовал прорыву в исследованиях по генному приводу, позволяя вставлять модифицированный ген и компоненты генного привода гораздо точнее, чем это было возможно при использовании предыдущих методов. Генный привод - это способ изменения наследственности с целью повышения вероятности передачи измененного гена последующим поколениям. Потомство наследует от родителей по одной копии каждого гена, что ограничивает количество мутаций. Компоненты генного привода позволяют генетически модифицированной ДНК копировать себя в ДНК немодифицированного родителя, что приводит к увеличению предпочитаемого специфического признака от одного поколения к другому. Со временем это изменение может распространиться по всей популяции.