Просто геном

По крайней мере, есть один способ, с помощью которого способность редактировать гены других видов может оказаться более опасной, чем любые изменения, внесенные людьми в жизнь на планете до сих пор. Речь идёт о революционной технологии, известной как генный дрейф, называемый так, потому что он дает биоинженерам способ «вбивать» новые гены – вместе с их связанными признаками – в дикие популяции с беспрецедентными скоростями. Это своего рода каскадная цепная реакция, которую невозможно остановить. Генный дрейф – это технология, позволяющая распространить измененный человеком ген в дикой популяции животных или растений. В результате генной модификации учёные учатся «переписывать» геномы целых видов. И, как результат, даже истреблять их полностью.

В случае с генными дрейфом, как и с другими разработками в стремительно развивающейся области редактирования генов, наука продвинулась так быстро, что порой и самими учёным просто-напросто трудно идти с ней в ногу. Спустя всего год после того, как генный дрейф был впервые предложен в теоретической работе, генные дрейфы CRISPR оказались эффективными сначала при применении к плодовым мухам, а затем к москитам. Генный дрейф работает с любыми видами, которые размножаются половым путем, и у него есть потенциал для борьбы с серьезными заболеваниями, спасения вымирающих видов, успешного ведения сельского хозяйства.

При нормальном половом размножении между видами, содержащими две копии каждой хромосомы, потомство получает только одну копию хромосомы от каждого родителя, это означает, что любой конкретный вариант гена имеет 50-процентную вероятность наследования.

Однако существуют определенные последовательности ДНК, называемые, с легкой руки биолога Ричарда Докинза, написавшего одноименную книгу об эволюции, эгоистичными генами. Они могут увеличивать свою частоту в геноме с каждым поколением, даже не предоставляя никаких преимуществ в физической пригодности для потомства. Иными словами, доставшись от одного из родителей, эгоистичный ген тут же найдёт себе место и на соседней гомологичной хромосоме. А значит, все 100 процентов потомков станут его обладателями. Такая же картина повторится в следующем поколении. Эгоистичный ген будет стремительно распространяться по популяции.

В 2003 году Остин Бёрт предложил использовать это свойство хитрого гена во благо человечества. А именно – для направленного уничтожения надоевших нам биологических видов. В теории этот сценарий подходит для любого организма, размножающегося половым путём. Научить эгоистичную нуклеазу распознавать именно нужные нам последовательности в генах, например, комара, оказалось не таким простым делом, поэтому технология могла так и остаться лишь смелым планом. Если бы не грянула очередная революция – открытие технологии CRISPR.

С развитием генной инженерии идея Бёрта стала реальностью. В 2012 году учёные представили CRISPR, инструмент для редактирования генов, который был описан как молекулярный процессор. Учёные получили возможность изменять генетическую информацию в любом организме. CRISPR определяет местонахождение конкретного участка генетического кода, а затем разрывает обе нити ДНК в этом месте. Это позволяет удалить, добавить или заменить гены. Как мы уже говорили, у организмов, которые размножаются половым путем, двойной набор хромосом – от отца и матери. Исследователи вводят в организм ген, оснащенный CRISPR. Инструмент вырезает одну из родительских хромосом, в которую нужно внести изменения. Клетка не умирает от внесения разрыва в ДНК, так как этот разрыв исправляется по здоровой копии из парной хромосомы за счет естественного механизма восстановления.

Как оказалось, генный дрейф может быть настолько эффективным, насколько это возможно в теории. В начале 2015 года Этан Бьер и его ученик Валентино Гариц из Сан-Диего сообщили о первой успешной демонстрации применения генного дрейфа CRISPR к обыкновенной плодовой мухе, с помощью которого они внедрили дефектный ген пигментации в геном. Результат: 97 процентов отредактированных мух оказались светло-желтого цвета вместо обычного желто-коричневого. В течение полугода та же команда применила свои первоначальные результаты тестирования концепции на плодовых мушках и во многообещающих экспериментах с комарами – переносчиками малярии. Однако вместо того чтобы просто менять цвет москитов, этот новый метод распространял ген, который давал потомству устойчивость к Plasmodium falciparum, – паразиту, ответственному за сотни миллионов малярийных инфекций ежегодно. Уровень успеха у диких комаров, на которых был испытан этот новый генный дрейф, оказался ещё выше: 99,5 процента. Если первая из этих проверок действенности кажется вполне безобидной, то вторая (в случае эксперимента с москитами – переносчиками малярии) является полезной.