ДНК. История генетической революции

Уотсон Джеймс

Когда в общих чертах стала понятна природа генов у эукариот (организмов, в клетках которых есть специальное хранилище для генетического материала – ядро; у прокариот, например у бактерий, ядра нет), в науке началась настоящая «золотая лихорадка». Группы мотивированных на открытия ученых, вооруженные новейшими технологиями, устроили настоящую гонку: кому первому удастся изолировать (клонировать) и охарактеризовать ключевые гены. Среди первых найденных «сокровищ» были гены, мутации которых вызывают рак у млекопитающих. Как только ученые завершили секвенирование ДНК нескольких хорошо изученных вирусных онкогенов, в частности SV40, удалось выявить конкретные гены, вызывающие рак. Эти гены способны превращать обычные клетки в клетки с онкологическими свойствами – например, в такие, которые бесконтрольно растут и делятся и поэтому образуют опухоли. Уже вскоре молекулярные биологи начали

выделять гены из раковых клеток человека, и затем было найдено подтверждение тому, что рак у человека возникает из-за изменений на уровне ДНК, а не из-за обычных негенетических проблем роста, как предполагалось ранее. Были найдены гены, ускоряющие или стимулирующие рост опухолей, а также гены, замедляющие или ингибирующие его. По-видимому, для нормальной работы клетке, как и автомобилю, нужна педаль газа и педаль тормоза.

Генетическое кладоискательство захлестнуло всю молекулярную биологию. В 1981 году в лаборатории Колд-Спринг-Харбор стали читать продвинутый летний курс о приемах генетического клонирования. В ходе этого курса было разработано лабораторное пособие «Молекулярное клонирование», и за следующие три года эта книга разошлась тиражом более 80 тысяч экземпляров. Первый этап революции ДНК (1953–1972) – воодушевление, которое увенчалось открытием двойной спирали и привело нас к чтению генетического кода, – осуществился силами примерно трехсот ученых. На втором этапе, когда была получена рекомбинантная ДНК и разработаны технологии секвенирования ДНК, число революционеров менее чем за десятилетие возросло в сотни раз.

Такой взрывной рост отчасти связан с возникновением совершенно новой индустрии – биотехнологии. Теперь ДНК интересовала не только биологов, стремившихся понять молекулярные основы жизни. Молекула ДНК вышла из академических кулуаров, населенных людьми в белых халатах, в большой мир, где обитают в основном носители шелковых галстуков и строгих костюмов. Френсис Крик назвал свой дом в Кембридже «Золотая спираль», и вскоре это выражение приобрело совершенно новый смысл.

На фото: журнал Time сообщает о рождении биотехнологического бизнеса (а также анонсирует королевскую свадьбу)

Глава 5

Биотехнология: ДНК, доллары и биопрепараты

Герб Бойер умеет попасть на нужную встречу. Мы уже знаем, как в 1972 году они со Стэнли Коэном зашли перекусить в ресторанчик в районе Вайкики, и в результате были поставлены эксперименты, позволившие создать рекомбинантную ДНК. В 1976 году в его жизни опять произошла нужная встреча: случилось это в Сан-Франциско, где Герб Бойер познакомился со специалистом по венчурным фондам и капиталам Бобом Суонсоном. Результатом встречи стала новая индустрия, названная биотехнологией.

Встреча эта состоялась по инициативе Боба Суонсона. Тому тогда было всего 29 лет, но он уже завоевал серьезную репутацию на финансовом рынке. Суонсон искал новые возможности для развития бизнеса и, доверяя своему естественнонаучному образованию, разглядел потенциал в новоиспеченной технологии рекомбинантной ДНК. Даже Стэнли Коэн тогда полагал, что до коммерческого применения этих разработок еще как минимум несколько лет. Сам Бойер не любил, чтобы его отвлекали, тем более люди в костюмах, которые всегда кажутся белыми воронами в академической среде, где принято носить футболки и джинсы. Однако каким-то невероятным образом Суонсон уговорил его выделить немного времени на эту пятничную вечернюю встречу.

Десятиминутная встреча, растянувшаяся на несколько часов, по ходу дела переместилась в близлежащий бар «Черчилль» и была сдобрена несколькими бокалами пива. Там Суонсон осознал, что преуспел в попытке разбудить дремавшего в Гербе Бойере скрытого предпринимателя. Еще в ежегоднике старшей школы в Дерри Боро за 1954 год было отмечено, что староста класса Бойер признался в своем желании «стать успешным бизнесменом».

Исходный посыл был невероятно прост: давайте рассмотрим, как при помощи технологии Коэна – Бойера можно производить белки, востребованные на рынке. Ген «полезного» белка – скажем, имеющеготерапевтическую ценность, такого как человеческий инсулин, – можно внедрить в бактерию, которая, в свою очередь, станет синтезировать этот белок. Далее останется просто нарастить производственные мощности от чашек Петри до промышленных чанов, а самим собирать готовый белок. Все просто в теории, но не на практике. Тем не менее Бойер и Суонсон были настроены оптимистично: оба выложили

по пятьсот долларов, чтобы заключить соглашение о партнерстве и подтвердить намерения заняться этой новой технологией. В апреле 1976 года они создали первую в мире биотехнологическую компанию. Суонсон предлагал назвать фирму «Гер-Боб», чтобы упомянуть обоих основателей, но Бойер благоразумно отверг этот вариант, и компанию назвали Genentech, сокращенно от «генно-инженерные технологии».

Естественно, первый коммерческий проект Genentech был нацелен на производство инсулина. Диабетикам требуются регулярные инъекции этого белка, поскольку организм больного либо синтезирует слишком мало инсулина (как при диабете второго типа), либо вообще его не производит (как при диабете первого типа). Лишь после того, как в 1921 году было открыто, что инсулин регулирует уровень сахара в крови, диагноз «диабет первого типа» перестал звучать для больных как приговор. С тех пор производство инсулина для диабетиков превратилось в серьезную индустрию. Поскольку уровень сахара в крови практически одинаково регулируется у всех млекопитающих, человеку подошел инсулин от домашних животных – в основном от коров и свиней. Свиной и коровий инсулин несколько отличаются от человеческого: белковая цепочка человеческого инсулина состоит из 51 аминокислоты, свиной отличается от человеческого на одну аминокислоту, а коровий инсулин – на три. Иногда эти кажущиеся незначительными отличия могут давать вредные побочные эффекты: у пациентов может развиться аллергия на чужеродный белок. Биотехнологии открывали путь к устранению таких аллергических расстройств: позволяли обеспечить диабетиков настоящим, первоклассным человеческим инсулином.

В США насчитывалось около восьми миллионов диабетиков, поэтому производство инсулина представлялось золотой жилой биотехнологии. Однако не только Бойер и Суонсон разглядели этот потенциал. Группа коллег Бойера из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Уолли Гилберт из Гарварда также осознали, что клонирование человеческого инсулина представляет как научный, так и коммерческий интерес. В мае 1978 года ставки возросли: Гилберт и еще несколько ученых из США и Европы основали собственную компанию Biogen. Столь разные корни у Genentech и Biogen показывают, как быстро развивалась вся отрасль: Genentech выдумал двадцатидевятилетний энтузиаст, готовый общаться с нужными людьми по телефону, а Biogen была создана уже целым консорциумом опытных венчурных капиталистов, нанявших на работу первоклассных ученых. Genentech родилась в одном из баров Сан-Франциско, Biogen – в фешенебельном европейском отеле. Началась гонка «биотехнологических вооружений».

Не так-то просто было заставить бактерию продуцировать человеческий белок. Лимитирующим фактором стало наличие интронов, некодирующих фрагментов ДНК, присутствующих в человеческих генах. Поскольку у бактерий интронов нет, то процесс сплайсинга не мог быть реализован. Суть этого явления состоит в то, что в человеческой клетке матричная РНК тщательно редактируется путем вырезания интронов из РНК так, чтобы они не мешали синтезу белков. У бактерий таких возможностей не было, что, безусловно, влияло на их способность синтезировать белок на основе человеческого гена. Таким образом, если уж мы действительно собирались научить E. coli производству человеческих белков из человеческих генов, то первым делом нужно было решить проблему с интронами.

Конкурирующие стартапы подступались к решению этой проблемы по-разному. В Genentech попробовали химически синтезировать нужные участки гена, но уже без интронов, а потом внедрять такой ген в плазмиду. Фактически в данном случае клонировалась искусственная копия исходного гена. В настоящее время такой метод используется редко, поскольку он неудобный, но во времена Genentech выбор такой стратегии казался весьма разумным. Еще свежи были воспоминания об Асиломарской конференции, посвященной биологическим угрозам и биобезопасности, поэтому генетическое клонирование, особенно с использованием человеческих генов, рассматривалось, но с серьезной оглядкой и жестко регламентировалось. Однако, используя искусственную копию гена, а не «натуральный» ген, взятый у человека, Genentech фактически нашла лазейку. Компания продолжала охоту за инсулином, и новые правила помехой не были.