Она смеётся, как мать. Могущество и причуды наследственности

Решив опробовать CRISPR, Ганц сделал направляющую РНК, чтобы изменить ген yellow у эмбриона дрозофилы, вызвав мутацию, создающую желтую окраску. Он ввел нужные молекулы в клетки, дал насекомым повзрослеть и скрестил их, надеясь получить мух с двумя измененными с помощью CRISPR копиями гена yellow. К его радости, среди серых мух было несколько желтых. Технология работала именно так, как и должна. «Я был покорен», – рассказывает Ганц.

Затем Ганц начал играть с CRISPR всякими разными способами, чтобы выяснить, удастся ли ему использовать этот метод для другого вида мух – Megaselia scalaris, которых он изучал для своей диссертации[1157]. В отличие от Drosophila melanogaster, у них отчетливо согнутый грудной отдел, поэтому их прозвали горбатками. Также у этих мух характерное поведение, что отразилось в другом их названии. За манеру передвигаться по земле перебежками их называют бегающими мухами. И иногда этих мух именуют гробовыми, потому что их личинки в поисках пищи закапываются глубоко под землю и иной раз добираются до захороненных гробов.

Ганц попытался с помощью молекул CRISPR, созданных для дрозофилы, отредактировать ген yellow у мух-горбаток. Но эксперимент провалился. «Было очень обидно, что мы не получили ни одного мутанта», – делился со мной Ганц.

Исследователю не было окончательно ясно, что же пошло не так. Сохранялась вероятность, что ему удалось изменить только одну копию гена yellow у некоторых мух. Но такое встречалось настолько редко, что у Ганца при скрещивании мух ни разу не сложилось так, чтобы оба насекомых были носителями отредактированного гена yellow.

Когда Ганц рассказал об этом своему руководителю Биеру, тот немного разочаровался, но не удивился. В науке часто случаются неудачи. Биер отправился в долгожданный отпуск в Италию и перестал думать о неприятностях.

Однако не успел Биер вернуться в Сан-Диего, как в его кабинет ворвался Ганц. Он сразу же начал излагать свои соображения по поводу того, как заставить CRISPR работать. Идея была проста. Валентино Ганц хотел, чтобы мухи сами редактировали свою ДНК.

План был таков. Первым делом Ганц использует CRISPR, чтобы вырезать тот ген, который он заменит сегментом ДНК. В этом сегменте окажется не только измененный ген, но и гены для CRISPR. Тогда собственные клетки мухи начнут синтезировать молекулы CRISPR, которые будут находить соответствующую хромосому и редактировать вторую копию гена. В результате Ганц получит мух-горбаток с двумя мутантными копиями гена и сможет использовать их для получения линии мутантных мух. Ганц назвал этот процесс «мутагенной цепной реакцией».

Идея показалась Биеру слишком фантастичной. Он сомневался, что все сработает достаточно надежно, чтобы произошли те генетические изменения, на которые рассчитывал Ганц. Но если вдруг все сработает, сказал Биер, это может оказаться мощным инструментом для генетических исследований не только мух-горбаток, но и других видов. И пока Биер с Ганцом обсуждали мутагенную цепную реакцию, на них вдруг снизошло, что она может стать даже еще более мощным инструментом, чем изначально предполагалось.

«И тут мы поняли: стоп, она же может проникать в клетки зародышевой линии!» – сказал Биер.

Если Ганц скрестит муху, несущую CRISPR, с обычной, он получит нарушение закона Менделя. Муха начнет передавать потомкам одну хромосому с генами для CRISPR и геном, который система CRISPR должна будет скопировать. У эмбрионов мух второго поколения молекулы CRISPR изменят вторую копию хромосомы. В результате мухи второго поколения не окажутся гибридами с одной копией генов CRISPR. У них будет две копии. То же получится и при скрещивании с обычными мухами.

«Представьте себе супружескую пару, в которой один супруг светловолосый, а у другого волосы темные, – рассказывал мне Биер. – Все их дети светловолосые. Все их внуки светловолосые. Все их правнуки светловолосые. И так до бесконечности. Что-то в этом роде».

Биер посоветовал Ганцу ненадолго отложить проверку мутагенной цепной реакции. Он хотел, чтобы Ганц сначала подумал о рисках и выгодах этой методики. Вынужденно занявшись размышлениями, Ганц понял, что, если одно измененное таким образом животное выберется на свободу – случайно сбежит либо его намеренно выпустят, оно получит возможность спариваться с другими представителями своего вида. И с каждым новым поколением гены CRISPR будут интенсивно распространять себя по популяции.

При определенных обстоятельствах это может быть полезно. Вместо того чтобы целиться в ген yellow у дрозофил, ученые смогут влиять на гены насекомых, уничтожающих урожай или переносящих заболевания. Многие исследователи годами искали генные драйвы, с помощью которых можно было бы бороться с вредителями, – и Ганц, возможно, нашел что-то вроде этого. Но Ганц не в состоянии предсказать последствий бегства животного из лаборатории, пока проводит только первые эксперименты с мутагенной цепной реакцией.