Человек редактированный, или Биомедицина будущего
Конечно, эксперименты с генетической модификацией человека проводились и раньше, но мировое сообщество было потрясено тем, что впервые генетическому редактированию подверглись так называемые клетки зародышевого (полового) пути человека — поколение клеток, которое предшествует гаметам, или половым клеткам (яйцеклетки и сперматозоиды). При слиянии половых клеток образуется эмбрион, а из него уже развивается новый организм. Ранее никаких сознательных вмешательств в эти клетки не осуществлялось, потому что генетические модификации этих клеток передаются по наследству. Это значит, что любая ошибка экспериментатора скажется не только на том человеке, который разовьется из «отредактированного» эмбриона, но и на его потомках! А если мы не знаем, какие цели преследует экспериментатор? В общем, реакцию мирового научного сообщества можно было предугадать и заранее, тем более что автором уникального эксперимента оказался не американский, а китайский биолог.
Надо сказать, что Китай тоже официально не поддержал своего ученого, и с этим связана почти детективная история. По договоренности между организаторами — академиями наук США, Китая и Королевским научным обществом Великобритании — 2-й Международный саммит по редактированию генома человека должен был проходить в Китае, и активная подготовка к мероприятию была уже в самом разгаре. Однако в последний момент Китай по неясным причинам (официально из-за отсутствия финансирования) отказался от проведения этой встречи на своей территории. Но поскольку регион был определен заранее и многие участники даже приобрели билеты, организаторам показалось разумным перенести саммит в Гонконг. Будучи формально частью Китая, Гонконг еще обладал значительной автономией — был как бы «не совсем Китаем». Наверное, власти Китая предполагали, что Хэ Цзянькуй может рассказать о своем эксперименте, и реакция мировой общественности будет предсказуемо негативной, поэтому сделали все возможное, чтобы и об открытии сообщить, и возможные обвинения в соучастии с себя снять.
Сегодня мы знаем, что после выступления на саммите судьба китайского ученого сложилась достаточно печально (хотя, возможно, ему еще повезло, ведь в прессе появлялись сообщения о том, что ученому грозит смертная казнь). Пострадал и проект: Хэ Цзянькуй не получил признания и результаты его работы не были опубликованы в научных изданиях. Многие детали эксперимента китайского ученого остаются не очень ясными. Однако не вызывает сомнений, что девочки-двойняшки с отредактированным геномом, который будет передаваться по наследству, действительно были рождены, — ученый представил этому достаточные доказательства.
О чем пойдет разговор
Как бы мы ни относились к экспериментам по редактированию генома человека, в том числе и на уровне клеток зародышевого пути, остановить развитие технологий не удастся. Своим достижением Хэ Цзянькуй задал высокую планку, и теперь исследователям все равно придется решать возникшие научные и технические проблемы, а обществу — этические, связанные с откровенным вмешательством в человеческую природу. До какой степени это оправданно?
В этой книге мы попытаемся разобраться и понять, что такое редактирование генома, каким образом оно осуществляется, чем отличается от существующих генно-инженерных манипуляций, как может использоваться и уже используется сегодня на практике, в том числе для целей биомедицины.
Однако прежде чем говорить о геномном редактировании, мы рассмотрим основополагающие понятия генетики и научные факты, которые лежат в основе современных представлений об устройстве и работе генома, обсудим наиболее впечатляющие этапы развития методов вмешательства в геном, вплоть до создания геномных редакторов.
Мы постараемся убедиться в том, что все живое существует в едином генетическом пространстве (измерении), иначе не было бы того, что мы обозначаем скупыми буквами ЖИЗНЬ. Потому что с точки зрения биологии именно генетическое измерение дает живым существам возможность передать информацию по наследству!
И конечно же, мы подробно обсудим историю китайского ученого Хэ Цзянькуя и его уникальный эксперимент. Мы порассуждаем о перспективах биомедицины, о том, какие преимущества дает она в поисках новых средств борьбы с тяжелыми и опасными заболеваниями, и с какими проблемами (не только технологическими, хотя их немало) сталкивается человечество, желая генетическими методами усовершенствовать самое себя.
Как устроено генетическое пространство
Вспомним школу
Все мы когда-то «проходили» биологию в школе, однако с тех пор многое изменилось: во-первых, кое-что забылось за давностью лет, а во-вторых, биологическая наука в целом и генетика в частности (раздел биологии, который изучает наследственность организмов и устройство материальных носителей наследственности, так называемых генов) переживают стремительный взлет. Сегодня уже невозможно говорить о современной биологии, не понимая, что значит наследование, зародышевый путь, генетическая мутация, генетические изменения, геномное редактирование. Как мы увидим далее, здесь не просто каждое слово, а каждая буква имеет свой смысл, — и начать нам придется «с азов», то есть вернуться назад, к школьной программе, чтобы освежить свои знания. Только проделаем мы это немножко на другом уровне — соответствующем тому, что уже открыла и освоила современная наука в плане передачи наследственной информации, возможности ее контроля и изменения.
Два метра генетической информации
Мы помним, что тело (или, по-научному, сома — от др.-греч. soma) состоит из клеток. Клетка — это единица жизни, и именно она содержит информацию, которая передается по наследству. В клетке есть изолированное ядро, где находятся хромосомы. Те из нас, кто немного помнит школьный курс биологии, вероятно, представляют себе хромосомы в виде маленьких «червячков», которые находятся внутри «шарика». Конечно, это очень упрощенный образ, хотя в некоторый момент времени они действительно имеют такой вид. На самом деле хромосома состоит из двух компонентов: дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белков.
Если мы извлечем ДНК (это полимерная молекула) из всех хромосом, содержащихся в одной человеческой клетке, — их там сорок шесть штук, или двадцать три пары, — и приставим все эти «кусочки» один к другому, чтобы они вытянулись в одну нить, то суммарная длина всех молекул ДНК в одной клетке человека составит примерно два метра при толщине всего в два нанометра! Но как же они помещаются в ядре, размеры которого обычно измеряются микронами? Природа решила сложную задачу по компактизации молекулы ДНК.
Рис. 1. В ходе компактизации ДНК ее объем уменьшается в семь тысяч раз
Как сделать компактной нитку? Ее можно намотать на катушку. Основой для этого являются белки. Но если мы намотаем длинную молекулу ДНК на одну катушку, то добраться до того участка, который идет первым слоем, нам не удастся — будет доступен только наружный слой, и это усложнит считывание наследственной информации. Поэтому на самом деле ДНК наматывается на большое количество белков-основ, которые называются нуклеосомами и распределены по всей длине молекулы. А потом эта структура, которая уже напоминает бусы, претерпевает еще несколько стадий компактизации, укладываясь в петли. Получается примерно так: сначала мы намотали молекулу ДНК на много белков-катушек, а затем свернули все это во что-то напоминающее моток альпинистской веревки. В результате получаются хромосомы, каждая из которых состоит из двух скрученных молекул ДНК (хроматид), соединенных центромерой. Именно в таком виде наследственная информация хранится в ядре клетки.
Жизнь в четырех буквах
Давайте разберемся, что же такое генетическая информация, как и на чем она записывается.
