Микрокосм. E. coli и новая наука о жизни
Шрифт:
«Этот мир дан нам взаймы, — предупреждал Чаргафф. — Мы приходим и уходим; через какое-то время мы оставляем землю, и воздух, и воду другим — тем, кто приходит после нас. Мое поколение или, может быть, предыдущее первым под руководством точных наук вступило в разрушительную колониальную войну с природой. Будущее проклянет нас за это».
Такие атаки буквально ошеломили сторонников генной инженерии. Как заявил в 1979 г. Берг, дебаты об этом новом направлении в науке стали «кошмарными и провальными». Стэнли Коэн назвал их «рассадником бесчисленных публицистов».
Джеймс Уотсон, как обычно, был откровеннее всех: «Мы были ослами, — сказал он, вспоминая о собственной поддержке моратория 1974 г. — Я сожалею об этом решении и осознанно стыжусь его». Из-за того давнего
«Я боюсь, что, пугая народ и себя опасностями, по поводу которых у нас не было причин тревожиться, мы уподобились двум моим маленьким сыновьям, — писал он. — Они обожают говорить о чудовищах, потому что уверены в том, что в реальной жизни никогда ни одного чудовища не встретят».
E. coli incorporated
Герберт Бойер — тот самый ученый, чьи работы послужили поводом к дискуссии о генной инженерии, — в спорах не участвовал. У него были другие дела. Он искал компании и инвесторов, которые придумали бы способ сделать на его рестрикционных ферментах деньги. В 1976 г. он вступил в партнерство с молодым предпринимателем Робертом Свонсоном. Сложившись по $500 каждый, они основали компанию под названием Genentech (сокращение от genetic engineering technology). Бойеру пришлось занять деньги, чтобы внести свою долю.
Бойер и Свонсон решили продавать ценные химические вещества, производимые полученными с помощью методов генной инженерии штаммами E. coli. В качестве первой цели они выбрали человеческий инсулин — в основном по тем же причинам, о которых говорил Ирвинг Джонсон на форуме Национальной академии наук. Бойер обратился за помощью к Артуру Риггсу и Кэйити Итакуре из больницы «Город Надежды» в Дуарте (штат Калифорния). Риггс и Итакура одними из первых научились конструировать гены. Когда Бойер начал с ними сотрудничать, они занимались созданием своего первого человеческого гена, отвечающего за синтез гормона соматостатина [26] . Работая с Genentech, Риггс и Итакура придумали способ добавить к искусственному гену «липкие» концы и вставить его в плазмиду. Они ввели эту плазмиду в клетку E. coli, и бактерия начала выделять соматостатин. Так в молодой науке был достигнут очередной рубеж. В 1973 г. Бойер, Коэн и Морроу сумели вставить в геном E. coli фрагмент гена животного. Четыре года спустя у Genentech уже была E. coli, способная производить человеческий белок.
26
Соматостатин — гормон, синтезируемый поджелудочной железой и гипоталамусом. Подавляет секрецию ряда гормонов (в том числе и гормона роста), а также различных гормонально активных пептидов (в частности, инсулина). — Прим. ред.
Но ученые не собирались почивать на лаврах. Опубликовав в 1977 г. предварительные результаты экспериментов, они обратились к инсулину. Бойер знал, что начинается гонка и следует спешить. Уолтер Гилберт, блестящий молекулярный биолог из Гарварда, тоже работал над получением инсулина. Но у Бойера перед Гилбертом было принципиальное преимущество: он работал с искусственной молекулой ДНК. Гилберт же пытался выделить гены, отвечающие за производство инсулина, из живых клеток, так что его исследования подпадали под жесткие правительственные ограничения. Его команда вынуждена была принимать чрезвычайные меры предосторожности, чтобы только иметь возможность продолжать эксперименты; они даже летали в Англию, чтобы работать в лаборатории, где создавалось биологическое оружие.
У Бойера дело продвигалась быстрее, потому что его ДНК не была «природной». Вместо того чтобы, подобно Гилберту, выделять ДНК из живых клеток, Риггс и Итакура начали с другого конца — они двигались от структуры белка инсулина к соответствующей последовательности нуклеотидов. В итоге Бойер, не связанный никакими ограничениями, выиграл гонку, б сентября 1978 г. фирма Genentech официально объявила, что ее ученым удалось получить от E. coli 20 миллиардных долей грамма человеческого инсулина.
Еще два года исследователи Genentech работали над увеличением производительности. Они внесли такие изменения в геном E. coli, что бактерия стала сама выводить произведенный инсулин наружу сквозь мембрану, и тем самым серьезно облегчили процесс сбора продукта. В 1980 г. Genentech была готова передать технологию производства инсулина компании Eli Lilly. В следующем году фармацевтический гигант построил у себя специальные баки емкостью по 40 000 л и начал разводить в них E. coli. Genentech акционировался, и бойеровы $500 превратились в $66 млн.
С началом шумихи вокруг Genentech споры о допустимости работы с E. coli затихли сами собой. Конгресс, отчасти благодаря яростному лоббированию со стороны ученых, так и не принял никакого закона о генной инженерии. Национальный институт здоровья ослабил свои ограничения. Ученым, работающим с E. coli, уже не надо было наряжаться в специальные скафандры. Корпорации расхватывали специалистов по работе с E. coli, как горячие пирожки. Все 14 ученых, подписавших в свое время вместе с Бергом письмо — мораторий, в конце концов связали свою карьеру с тем или иным коммерческим предприятием. Уолтер Гилберт стал одним из основателей компании Biogen, которая начала использовать методы генной инженерии на E. coli, чтобы наладить производство различных белков, казавшихся перспективными в плане борьбы с раком. На торжественной церемонии открытия штаб — квартиры Biogen в Кембридже ленточку перерезал бывший мэр города Альфред Веллуччи — когда-то непримиримый противник генной инженерии и лично Гилберта.
Компания Genentech стала лидером новой биотехнологической отрасли. Хумулин — произведенный бактериями инсулин — был выпущен на рынок в 1983 г., и сегодня это лекарство принимает 4 млн человек по всему миру. Другие компании начали выпуск собственных сортов инсулина, производимых E. coli, и сегодня их тоже принимают миллионы диабетиков. Биотехнологические компании разработали множество других лекарств, синтезируемых E. coli, — от человеческого гормона роста до средств для уменьшения вязкости крови. Сегодня E. coli послушно выдает на — гора витамины и аминокислоты. Если традиционно при производстве сыра в молоко добавляли сычужный фермент — реннин, получаемый из коровьих желудков, то сегодня значительная доля сыров на прилавке супермаркета изготовлена с использованием реннина, произведенного E. coli. Ученые продолжают вводить в геном E. coli новые гены, пытаясь понять, какие еще полезные вещества может производить эта бактерия. Речь идет о самых разных соединениях — от биоразлагаемых пластмасс до этилового спирта.
Нельзя сказать, что все эти достижения дались ученым легко. E. coli — не завод и относиться к ней, как к машине, нельзя. Микроорганизм — живое существо, и на любое действие он может отреагировать совершенно неожиданным образом. Оказавшись в гигантском баке, бактерии могут задохнуться в собственных отходах. Вообще, бактерии, настроенные на производство больших количеств инсулина или другого чужеродного белка, испытывают сильнейший стресс. Молекулы белка могут начать денатурироваться, и E. coli, чтобы вернуть им правильную форму, придется синтезировать белки теплового стресса. Энергию, которую бактерия тратит на борьбу со стрессом, уже невозможно использовать на питание и рост. Ученым, как поварам, занятым поисками идеального рецепта, пришлось искать решения и этих, и многих других проблем.