Читать книгу "Жизнь, которую мы создали. Как пятьдесят тысяч лет рукотворных инноваций усовершенствовали и преобразили природу - Бет Шапиро"

утратила рога) в геном голштинцев (черно-белой породы, превалирующей в молочной индустрии), Recombinetics хотела создать безрогого голштинского быка, которого можно было бы спаривать с голштинскими коровами, чтобы повысить долю комолых особей в этой важной для сельского хозяйства породе.

Но постойте! Ведь безрогость у абердин-ангусской породы уже имеется! Более того: у многих пород скота, в том числе у молочных, иногда рождаются безрогие от природы телята. Можно же взять кого-то из них и скрестить с голштинцами. Так почему не пойти нормальным путем?

Потому что это привело бы к экологической и финансовой катастрофе.

Передать аллель комолости от ангусов голштинцам вполне можно было бы и при помощи традиционного скрещивания или искусственного осеменения. Если осеменить голштинскую корову спермой комолого абердин-ангусского быка, теленок наследует комолый аллель от отца и, поскольку для желаемого эффекта достаточно только одной копии, вырастет безрогим. Но беда в том, что от отца теленок унаследует не только комолый аллель. Он получит от ангуса ровно половину своего генома – то есть одна из копий каждого гена будет версией, оптимизированной для получения говядины. Для молочной фермы это катастрофа. Сегодня элитные голштинские коровы дают на 25 % больше молока, чем десять лет назад, и при этом им требуется меньше корма, воды и пространства. А кроме того, поскольку больше пищи перерабатывается ими непосредственно в молоко, они производят меньше навоза и меньше метана. Если же скрестить голштинских коров с абердин-ангусскими быками, то вся оптимизация будет утрачена. Геномы родившихся в результате телят будут представлять собой случайную смесь голштинских и ангусских аллелей, и из них не получится ни хороших молочных коров, ни элитных мясных. Ценные черты молочной породы можно было бы восстановить, если несколько поколений спаривать безрогих, но не самых оптимизированных голштинцев с элитными представителями той же породы, однако на это потребуются десятилетия, и фермер понесет значительные экономические потери.

Редактирование генома позволяет улучшать породу прицельно и избирательно, а не смешивать наугад два генома, надеясь на удачу. Мы точно знаем, какие генетические изменения нам нужны, чтобы добиться желаемого фенотипа (комолости), и можем добиться этой перемены с идеальной точностью. Редактирование генома позволяет передать естественный безрогий фенотип от абердин-ангусской породы голштинцам за одно поколение и тем самым повысить уровень благополучия животных, не мешая развитию особенностей, которые делают голштинских коров такими рекордсменками по надоям. Безрогие голштинцы с отредактированным геномом – не трансгенные организмы, так как эта черта возникла у крупного рогатого скота естественным образом. А поскольку комолый аллель был у наших коров на протяжении сотен поколений, мы точно знаем, какого фенотипа ожидать: здоровое и плодовитое безрогое животное, чье мясо и молоко можно употреблять в пищу совершенно так же, как и все эти тысячи лет, ничего не опасаясь.

Заманчиво, правда? Любой, кто, знакомясь с семейством новых биотехнологий, услышит рассказ о безрогих голштинцах, пожалуй, даже удивится: казалось бы, что здесь может не понравиться? Однако история генной инженерии, как и история движения ее противников, началась не с этого. Чтобы все узнать, нам придется вернуться почти на пятьдесят лет назад.

«Теперь мы можем составить любую ДНК»

В 1973 году Герберт Бойер наговорил лишнего на научной конференции. Возможно, случайно: Бойера пригласили рассказать об открытии, сделанном в его лаборатории. Речь шла о молекуле EcoRI из семейства обнаруженных незадолго до этого рестрикционных ферментов, которые позволили ученым изучать ДНК с беспрецедентной точностью. Фермент EcoRI был главным героем рассказа Бойера, но вниманием аудитории завладели совсем другие подробности, которые ученому разглашать не полагалось, и это запустило цепочку событий, по сей день доставляющих множество хлопот.

Бойер был биохимиком из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Его лаборатория одной из первых выделила и описала рестрикционные ферменты. Эти соединения можно считать молекулярными ножницами, которые предназначены эволюцией для того, чтобы находить и вырезать конкретные последовательности ДНК. Как и было принято в семидесятые, открыв EcoRI, Бойер принялся щедро делиться им с коллегами, чтобы у них была возможность пользоваться ферментом в своих исследованиях. Для нашего сюжета важно, что он отправил EcoRI Полу Бергу, биохимику из расположенного неподалеку Стэнфордского университета.

Лаборатория Берга разрабатывала инструменты для выявления функций генов. Для этого, в частности, можно добавить ген в геном клетки и измерить, меняется ли она, – не стала ли клетка, к примеру, из-за появления нового гена вырабатывать больше белка или расти в другом темпе? Берг мог выращивать культуры (колонии) клеток в чашках Петри в лаборатории, но ему требовался какой-то способ перемещать гены, которые он хотел изучать, в геномы этих клеток. Тут-то ему и пригодился фермент EcoRI с его умением резать ДНК. Берг предполагал при помощи EcoRI разрезать геном, чтобы потом вставлять туда другую ДНК, а затем с помощью другой недавно открытой молекулы лигазы запаивать разрывы.

Берг собирался сплайсировать (срастить) геномы двух вирусов – SV40, небольшого, хорошо изученного вируса, который заражает обезьян, и лямбда-вируса, который заражает бактерии. Главным был выбор лямбды. Вирусы вроде SV40 копируют сами себя, взламывая компоненты механизмов репликации ДНК хозяина, а лямбда-вирус, напротив, воспроизводится, встраивая свой геном непосредственно в ДНК хозяина. Если бы Бергу удалось сплайсировать два вируса вместе, лямбда-вирус вписал бы получившийся комбинированный геном вирусов в геном клетки-хозяина. В случае успеха Берг получил бы новую методику ввода ДНК в геном, идеально подходящую для изучения функций генов.

В 1972 году в лаборатории Берга разрезали кольцевые геномы SV40 и лямбда-вируса и сплайсировали два генома вирусов. Так была создана первая в мире рекомбинантная ДНК – геном, в котором в результате вмешательства генной инженерии сочетаются (то есть, на жаргоне генетиков, рекомбинируются) ДНК больше чем одного организма. Ученые собирались ввести эту рекомбинантную ДНК в бактерию Escherichia coli, поскольку именно ее в природе поражает лямбда-вирус. Однако еще до назначенной даты эксперимента Джанет Мерц, аспирантка, игравшая одну из важнейших ролей в команде Берга, рассказала об их планах ученым из лаборатории Колд-Спринг-Харбор, где проходила курс обучения. Реакция ученых была жесткой. Они напомнили, что E. coli бурно растет в человеческом кишечнике, а SV40, как известно, вызывает рак у мелких млекопитающих. Не исключено, что, проводя подобные эксперименты, команда Берга подвергает себя, а возможно, и весь мир ненужному риску. Мерц сообщила Бергу об этих опасениях, а он обсудил свою работу с другими исследователями и выяснил, что у многих возникают такие же соображения. Тогда Берг прекратил эксперименты. При всей важности этой работы безопасность превыше всего.

Пока Мерц, Берг и прочие сплайсировали вирусы, Стэнли Коэн, еще один ученый из Гарварда, которому Бауэр послал EcoRI, изучал, способен ли EcoRI сплайсировать