Взламывая биологию

Манипуляции с геномом живого организма с помощью биотехнологий называются генной инженерией. Она подразумевает перемещение генов внутри видов и за их пределы для создания усовершенствованных или абсолютно новых организмов.

Люди тысячелетиями меняли геномы животных с помощью селективного разведения, но это процесс медленный и неточный. Когда ученые осознали роль ДНК, они стали искать способы манипулировать ею. В 1972 г. Пол Берг объединил ДНК вируса обезьяны с ДНК фага лямбда и создал «трансгенный» вирус. Два года спустя Рудольф Йениш вывел трансгенных мышей, поместив в клетки их эмбрионов ДНК ретровируса (который воздействует на ДНК хозяина). Это были первые генетически сконструированные млекопитающие. Ученые также стремились сделать посевы более устойчивыми к холоду и заболеваниям. Первые испытания генетически измененных растений прошли в 1986 г.: биологи вывели табак, устойчивый к гербицидам (то есть веществам для уничтожения определенных видов растительности). Несмотря на разногласия, к 2009 г. 11 трансгенных зерновых выращивались в коммерческих целях в 25 странах.

Рудольф Йениш – поинер в области создания генномодифицированных организмов. Он впервые модифировал мышь и с тех пор использовал этих животных для поиска способов борьбы с неврологическими заболеваниями и раком.

Ученые использовали ген медуз в качестве маркера – чтобы понять, успешна пересадка гена эмбрионам мышей. Ген отвечает за производство белка, благодаря которому медузы имеют зеленоватое свечение. Ген прижился, и от органов и тканей мышей стало исходить флуоресцентное свечение.

Процедура генной модификации предполагает изолирование нужного гена. Затем его либо вводят с помощью вируса, который проникает в клетку-мишень и выпускает ДНК, либо используют так называемую генную пушку – с ее помощью облучают клетки огромным числом ДНК, удерживаемых крошечными частичками золота. Большинство ДНК и клеток погибают, но некоторые попадают в клетку невредимыми и внедряются в ее ядро.

Множество применений

Генная инженерия нашла применение в медицине, сельском хозяйстве, промышленности и фундаментальной науке. Наиболее успешно технология применяется в медицине: в мире налажено массовое производство белкового инсулина, используемого для контроля над диабетом. Ген, присущий инсулину человека, вводится в плазмиды бактериальных клеток, и затем выращиваются бактерии. Каждая бактерия производит малый объем инсулина, но миллиарды бактерий могут дать нескончаемый запас. Генная инженерия также использовалась для создания антибиотиков, например пенициллина, и вакцин. Генетики «доработали» генетический код зерновых для повышения их сопротивляемости вредителям, заболеваниям, сложным природным условиям и гербицидам.

Гипотеза Геи

Гипотеза Геи была высказана британским ученым Джеймсом Лавлоком. Согласно ей, живое и неживое на Земле образует систему, подобную единому, цельному организму.

Лавлок изложил эту гипотезу в книге 1979 г. «Гея: новый взгляд на жизнь на Земле». Она получила свое название в честь древнегреческой богини Земли Геи – по совету Уильяма Голдинга, друга Лавлока и автора «Повелителя мух». Согласно гипотезе, биосфера оказывает регулирующее воздействие на планету и помогает поддерживать развновесие. В 1961 г. Лавлок работал в НАСА над приборами для анализа атмосфер планет и спутников в преддверии высадки на Луну и на Марс. Ученый размышлял о перспективе жизни на Марсе и вдруг задумался о том, как функционирует биосфера Земли. Гипотеза Геи постулирует, что наша планета способна на саморегуляцию: на ней не прекращается взаимодействие между живыми организмами и неживой средой, например почвой, воздухом и морем. Подобно тому, как тело человека регулирует температуру, уровень жидкостей, сахара в крови, чтобы поддерживать жизнь, сама планета следит за своими ключевыми параметрами. Работая в НАСА, Лавлок заметил, что хотя пропорции газов в атмосфере Земли постоянно меняются – в отличие от состава газовой оболочки Марса и других планет, – колебания минимальны и на протяжении всей истории Земли оставались в узких рамках. Лавлок принимал за аналогичные стабильные показатели глобальные температуры и уровень соли в океане, но предложенные им механизмы саморегуляции сложно проверить. В любом случае многие сочли привлекательной его идею о том, что Земля – это сложная система, напоминающая живой организм.