Она смеётся, как мать. Могущество и причуды наследственности

Джеймс начал с картирования генов, поскольку геном комаров в то время был совершенно не изучен. Вместе с коллегами ему надо было определить расположение отдельных генов, чтобы потом приступить к экспериментам с ними. Возможно, существовали гены, от которых зависело, какие именно патогены смогут выжить внутри комара и использовать его, чтобы добраться до новой жертвы. Более 200 млн человек ежегодно болеют малярией в результате укусов тех комаров, которые переносят одноклеточного паразита малярийного плазмодия. Но никто никогда не заражался через укус комара гриппом. Джеймс задумался, а не могут ли быть у некоторых комаров аллели, делающие их невосприимчивыми к малярии.

«Знаете, было бы достаточно, если бы мы просто узнали, как повысить частоту этих генов в популяциях», – сказал мне Джеймс, когда я приехал к нему в Ирвайн.

Джеймс с коллегами успешно определил местоположение некоторых комариных генов. Но работа продвигалась очень медленно, в том числе и из-за сложностей с выращиванием кровососущих комаров, и исследователь перестал надеяться когда-либо найти способ борьбы с заболеваниями, переносимыми комарами. Он стал размышлять, как можно использовать уже полученные им знания, чтобы бороться с болезнями другим способом.

«Я подумал: что ж, мы просто сделаем эти гены», – рассказывал Джеймс.

У него была идея, какой именно ген надо сделать. В конце 1960-х гг. биолог из Нью-Йоркского университета Рут Нуссенцвейг обнаружила, что мыши не болеют человеческой малярией. Она выяснила, что иммунные клетки мышей вырабатывают антитело, которое прилипает к паразиту и фактически душит его. В дальнейших экспериментах ученые кормили комаров кровью с добавлением антител, найденных Нуссенцвейг. Почему-то антитела не переваривались и атаковали паразитов внутри насекомых. После такого лечения комары не передавали малярию.

Джеймс и его коллеги занялись генной инженерией комаров, чтобы те сами начали вырабатывать это мышиное антитело. Ученые создали кодирующий его ген, который можно было вставить в ДНК комара. Джеймс хотел сделать ген безопасным для комаров. Он опасался, что, если ген будет активен непрерывно, антител станет слишком много и комары от этого заболеют. Поэтому вместе с коллегами он прицепил к гену антитела переключатель. Теперь ген становился активным, только когда в самку комара поступала кровь.

Джеймс с коллегами встроил ген с переключателем в ДНК комара. Когда исследователи кормили насекомых кровью с плазмодием, те начинали вырабатывать антитела и уничтожали паразитов[1158].

Каким бы впечатляющим ни было это достижение, для борьбы с малярией оно не имело смысла. Если бы Джеймс просто выпустил своих защищенных от малярии комаров в Африке или Индии, закон Менделя сработал бы против него. Модифицированные комары почти всегда спаривались бы с обычными, и очень скоро их защита растворилась бы в обширном комарином генофонде.

Чтобы распространить убивающие малярию гены, Джеймсу нужен был способ нарушить закон Менделя. Ученые, начиная с 1960-х гг., интересовались, можно ли с такими целями использовать генный драйв. Идея была проста: включите ваш ген в генный драйв, и с каждым последующим поколением он будет все сильнее расходиться по популяции. Но пока еще никто не придумал, как это сделать.

Джеймс решил разобраться с этой проблемой. Для генного драйва он выбрал фрагмент ДНК, который называется P-элемент[1159][1160]. Он встречается у дрозофил и распространяется потому, что заставляет хозяйскую клетку иногда создавать его новые копии, которые вставляются в другие места мушиной ДНК. Впервые P-элемент привлек внимание исследователей в середине XX в., а в последующие несколько десятилетий передавался среди североамериканских мух подобно генетическому лесному пожару. Биолог из Брауновского университета Маргарет Кидвелл поместила в пробирку мух с P-элементом вместе с теми, у которых его не было. Через 10–20 поколений P-элемент встречался уже у всех мух.

Джеймс и его коллеги подумали, что если прицепят ген, отвечающий за выработку антитела, к P-элементу, то им удастся распространить устойчивость к плазмодию по всей популяции комаров и она передастся по наследству следующим поколениям. Такова была чистая идея, но как бы ученые ни пытались провести этот эксперимент, он никогда не удавался.

Задним числом Джеймс считает, что против него работала эволюция. Комары, как и другие животные, за долгое время своего существования, вероятно, сталкивались со многими атаками генных драйвов. И избежали вымирания только потому, что у них сформировалась определенная система защиты – обойти ее Джеймсу по непонятным причинам никак не удавалось. «Вероятно, мы с самого начала были обречены на неудачу», – говорил он мне, посмеиваясь.

Впервые услышав о CRISPR, Джеймс был заинтригован. Он задумался, можно ли приспособить систему для предотвращения малярии. Однако он не пошел дальше праздных размышлений, пока ему не позвонил Биер. Джеймс сразу же понял, что с помощью мутагенной цепной реакции можно распространить гены среди комаров.