Трещина в мироздании. Редактирование генома. Невероятная технология, способная управлять эволюцией

В 2004 году группа европейских ученых разгадала загадку, долгое время занимавшую умы агрономов, выращивающих ячмень. Исследователи выявили генные мутации, благодаря которым растение становилось устойчивым к вредоносному грибку[97], который вызывает настоящую мучнистую росу – болезнь, уже долгое время досаждавшую фермерам, которые выращивают элитные сорта ячменя по всей Европе. Мутантная линия ячменя, устойчивая перед грибком, вела свою историю от семян из зернохранилищ в Юго-Западной Эфиопии, добытых в ходе немецких экспедиций конца 1930-х годов. Именно на территории Эфиопии через некоторое время после одомашнивания ячменя (это было около 10 000 лет назад) случайно возникла мутантная версия гена под названием Mlo; этот сорт и был отобран крестьянами, которые, естественно, хотели культивировать как можно более урожайные растения, которые при этом были бы максимально здоровыми.

Это наглядный пример эволюции, на которую повлиял человек: спонтанная мутация, которая закрепилась благодаря искусственному, а не естественному отбору. Именно так и развивалось сельское хозяйство в течение тысячелетий. В 1901 году агроном-новатор Лютер Бербанк сказал в одном из своих выступлений, что виды не являются чем-то фиксированным и неизменным:

Они так же пластичны в наших руках, как глина в руках гончара или краски на холсте художника, и им можно придать более красивые формы и цвета, чем у любого художника или скульптора[98].

На самом деле история открытия защитной мутации у гена Mlo в ячмене начинается еще в 1942 году, когда растения одного из немецких сортов были облучены рентгеном[99]. Именно тогда ученые обнаружили, что облучение семян радиацией (к примеру, рентгеновскими или гамма-лучами) или погружение их в жидкость, содержащую мутагенные вещества, приводит к возникновению случайных новых мутаций, используя которые, можно вывести растения с желаемыми свойствами.

У мутантных линий, полученных таким способом, имеются случайные изменения в сотнях или даже тысячах различных генов. Если среди этих спонтанных генетических изменений у разных линий возникают похожие мутации, такие же как в гене Mlo, то у растений, полученных из таких семян, может появиться одно и то же желаемое свойство – например, устойчивость к грибку у ячменя[100]. Защитная мутация в гене Mlo у ячменя была идентифицирована в 2004 году, а еще десятилетие спустя нарушения в том же гене удалось связать с устойчивостью к мучнистой росе и у других растений. Это породило воодушевляющую гипотезу, что многие сельскохозяйственные культуры можно было сделать устойчивыми к болезни, изменив ген Mlo.

В этом и заключаются перспективы редактирования генома. В сравнении с обычными методами селекции – включая спонтанный мутагенез, мутагенез под действием рентгеновских лучей или химикатов, а также скрещивание различных видов растений (в процессе которого в геном поступают тысячи новых генов), – CRISPR и подобные технологии дают ученым беспрецедентные возможности контроля над геномом. Я обратила особое внимание на масштаб этих возможностей, когда в 2014 году ученые из Китайской академии наук использовали инструменты редактирования генома, в том числе CRISPR, для изменения шести копий гена Mlo в пшенице обыкновенной (Triticum aestivum) – одной из важнейших сельскохозяйственных культур на планете. Растения, у которых все шесть генов Mlo были мутантными, обладали устойчивостью к мучнистой росе, и это был фантастический результат; более того, исследователям не было нужды беспокоиться о вредоносных или нежелательных эффектах каких-либо других мутаций, поскольку были изменены только гены Mlo. Какое бы изменение ни было необходимо – нокаут гена, его коррекция, вставка или делеция, – ученые могут редактировать геном с беспрецедентной точностью вплоть до одной “буквы” и делать это практически с любым геном и любой последовательностью ДНК.