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

Существует по меньшей мере один способ редактировать генофонды других видов, который, вероятно, более опасен, чем любые другие изменения планеты, когда-либо проведенные людьми. Я имею в виду революционную технологию, известную как генный драйв (gene drive), названную так потому, что она дает биоинженерам способ вводить (to drive) новые гены – а также варианты признаков, ими кодируемые, – в популяции свободноживущих организмов с беспрецедентной скоростью в ходе процесса, похожего на неостановимую цепную реакцию.

С генным драйвом, как и с другими разработками в стремительно развивающейся области редактирования генома, наука продвигается так быстро, что уследить за ее успехами сложно. Всего через год после того, как в одной теоретической статье было указано на возможность проведения генного драйва с помощью CRISPR, эта технология показала свою эффективность сначала на дрозофилах, а затем на комарах. Генный драйв эксплуатирует силу особого типа наследования, использующего один из регуляторов передачи генетической информации от поколения к поколению.

При “стандартном” половом размножении видов, у которых в клетках по две копии каждой хромосомы, потомок наследует только одну копию хромосомы от каждого родителя, и это означает, что вероятность наследования конкретного варианта гена составляет пятьдесят процентов. Однако существуют последовательности ДНК, называемые эгоистичными генами, способные повышать свою встречаемость в геноме с каждым поколением, даже если они не дают потомку никакого адаптивного преимущества. В 2003 году эволюционный биолог Остин Берт предложил метод использования эгоистичных генов для более эффективного распространения новых признаков и гарантии того, что потомки стопроцентно унаследуют конкретный фрагмент ДНК[179]. Однако идея Берта требовала технологии, которой в то время еще не существовало: легко программируемые ферменты, разрезающие ДНК и обеспечивающие простое редактирование генома.

И тут на сцену выходит CRISPR. Летом 2014-го сотрудники лаборатории Джорджа Чёрча в Гарварде под руководством Кевина Эсвельта предложили метод конструирования и запуска генных драйвов с помощью высокоэффективного редактирования генома[180]. Вкратце, идея метода основана на подходе генного нокина (gene knock-in), при котором ученые используют CRISPR для разрезания ДНК в четко заданном месте и заделывают образовавшуюся брешь вставкой новой последовательности. Впрочем, есть одно существенное отличие от генного драйва: часть новой добавленной ДНК содержит генетическую информацию, кодирующую сам CRISPR. Словно в популярном научно-фантастическом сюжете о машине, которая сама себя собирает, генный драйв CRISPR может самостоятельно копироваться в новые хромосомы, обеспечивая для себя экспоненциальный рост численности в популяции. Эсвельт предположил, что, добавляя к CRISPR различные генетические грузы, такие как гены резистентности к болезнетворным организмам, ученые могут запрограммировать CRISPR на то, чтобы копировать не только самого себя, но и любые нужные последовательности ДНК.

Судя по всему, генные драйвы действительно могут быть настолько эффективными, как это предполагает теория. В начале 2015-го Итан Бир (Ethan Bier) и его аспирант Валентино Ганц в Калифорнийском университете в Сан-Диего сообщили о первой успешной демонстрации генного драйва с участием CRISPR у обыкновенной дрозофилы[181]. Этот генный драйв использовали для введения дефектного гена окраски в геном насекомого. Вот что получилось: 97 процентов “отредактированных” мух были нового, желтого цвета вместо обычного желто-коричневого. Не прошло и полугода, как тот же коллектив получил вдобавок к этим результатам экспериментальной проверки концепции на плодовых мушках обнадеживающие данные тестов на комарах. Однако вместо того чтобы просто поменять цвет этих насекомых, новый генный драйв распространил в них ген, дающий устойчивость к малярийному плазмодию Plasmodium falciparum – паразиту, на счету которого сотни миллионов случаев малярии в год[182]. Эффективность успешной передачи этого гена комарам оказалась еще выше, чем в случае с мушками: 99,5 %.