Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир
Шрифт:
Самые эффектные из новых инструментов – те, что позволяют редактировать геном. В прошлой главе мы упоминали основанные на CRISRP/Cas9 и родственных технологиях методы лечения, которые обещают нам избавление от тяжелых болезней, не поддающихся традиционной терапии. Из главы 14 мы узнали, что чтение ДНК эмбрионов позволяет нам прогнозировать будущие характеристики человека. Не требуется богатого воображения, чтобы скомбинировать оба подхода в редактирование эмбрионального генома. Доставка CRISPR/Cas9 в единственную оплодотворенную яйцеклетку преобразует ген-мишень, и это изменение исправно копируется при каждом клеточном делении. В итоге оно обосновывается не только во всех клетках взрослого организма, но и передается его потомкам, затем их потомкам и так далее. Редактирование эмбрионов успешно продемонстрировали на примере мышей и данио-рерио в 2013 году и обезьян в 2014-м3. Последний вариант преподнесли как способ воссоздания человеческих болезней в подобном животном, помогающий разработке методов их лечения. Прочитав предыдущие главы, вы не удивитесь, что
Но другой вопрос, стоит ли редактировать человеческий эмбрион. Сейчас господствует мнение, что делать этого не следует, по крайней мере с эмбрионами, подлежащими имплантации для обеспечения полноценной беременности. В десятках стран, включая США, такие процедуры незаконны. Настороженность в их отношении объясняется этическими соображениями, упомянутыми в главе 14, и усугубляется тем, что, в отличие от «жонглирования» уже существующими, природными вариациями, CRISPR/Cas9 способна вносить в геном поистине новые, оригинальные изменения. Кроме того, еще не отработаны способы борьбы с возможными осложнениями – например, с нецелевой модификацией. Хотя технология эта и многообещающая, мало кто назвал бы ее окончательно прирученной. Именно поэтому большинство ученых, специалистов по этике и политиков полагает, что время для редактирования генома человеческих эмбрионов еще не пришло. Не все, однако, с этим согласны.
В ноябре 2018 года китайский ученый Хэ Цзянькуй шокировал мир, объявив, что его команда применила CRISPR/Cas9 для создания первых в истории детей, девочек-близнецов, с отредактированным геномом4. Со всех концов света на Хэ полилось осуждение. Китайские власти поспешили закрыть его лабораторию и объявили проделанную в ней работу «исключительно чудовищной по своей природе»5. Можно было бы представить готовность отредактировать человеческий эмбрион в случае неотвратимой опасности – например, гарантированного развития смертельного генетического заболевания, – но в эксперименте Хэ дело обстояло иначе. Изменения выводили из строя уже знакомый нам ген CCR5, отключение которого снижает вероятность заразиться ВИЧ. Выбор такой мишени озадачивает. Отец девочек ВИЧ-положителен, но передача вируса от отца ребенку крайне маловероятна. Заявленная цель состояла в том, чтобы снизить риск ВИЧ-инфекции в течение всей жизни детей, но на то есть множество эффективных стандартных способов профилактики. Более того, CCR5 не бесполезен. Есть веские свидетельства, что он помогает людям противостоять другим вирусам, таким как вирусы гриппа и лихорадки Западного Нила. Значит, его повреждение может быть не таким уж и безобидным. Но даже если бы цель была более обоснованной, а потенциальные выгоды перевешивали риски, не следовало проводить процедуру, должным образом не проинформировав заинтересованных лиц – в частности, родителей – о ее сути и возможных последствиях. Это условие составляет важный этический принцип информированного согласия, который был нарушен в эксперименте Хэ. Родителям девочек сообщили минимум информации, которая к тому же вводила в заблуждение, а документы по этической экспертизе оказались подделкой. В 2019 году Хэ приговорили к трем годам тюрьмы [71] .
71
Кстати, у отредактированных девочек пока все отлично, им в октябре 2023-го исполнилось пять лет.
Можно представить и альтернативный сценарий, в котором первое прямое изменение генома человеческого эмбриона произошло бы после прозрачной процедуры принятия решения, а мишенью стала бы очевидно вредоносная мутация вроде вызывающих мышечную дистрофию или муковисцидоз. Но в реальности все случилось иначе, и, несмотря на технический успех, эпизод с CCR5, скорее всего, омрачит репутацию биотехнологий на базе CRISPR. На стыке науки и человеческой драмы часто царит беспорядок.
Для достижения целей этой книги, однако, важнее то, как произошедшее подчеркивает значимость образования в наши времена. Что значит «информированное согласие» в эпоху секвенирования генома и редактирования генов? Чтобы осознанно участвовать в любой передовой биотехнологической процедуре, необходимо иметь хоть какое-то представление о природе и регуляции генов, о вероятностях и вариациях, а также о том, как все это вносит вклад в здоровье и болезнь. Несложно вообразить, как без должного понимания до фантастических высот взлетают ожидания, или любые генетические технологии автоматически отвергаются, или же пациенты просто подчиняются воле врачей либо государства. Просвещать людей ничуть не проще, чем решать технические задачи по выращиванию органов на чипе или переписыванию геномов иммуноцитов. Но примеры достижения цели уже есть. В частности, микробная теория болезней проникла в глубины нашего сознания, и сегодня почти все человечество на базовом механистическом уровне понимает, что микробы существуют, размножаются, могут заражать других существ и вызывать болезни. Как я отмечал в главе 14, теперь мало кого ужасает мысль об искусственном оплодотворении: понимание механики зачатия тоже стало общим местом. Такая же осведомленность может – и должна – сопровождать более свежие прорывы на пути проникновения в суть жизни.
Модификация растений – вопрос спорный. Ведь это же неестественно. Мы уже познакомились с рисом и томатами, теперь давайте посмотрим на морковь, а точнее на «мини-морковь», которую вы наверняка встречали в магазине. Это маленькая, гладкая, пожалуй, даже очаровательная морковка, на долю которой приходится около 70 % продаж моркови в США. Можно подумать, что это просто молодая морковь, или, как следует из названия, миниатюрная разновидность обычной моркови, примерно как пони – миниатюрная разновидность лошади. Но ни то ни другое не верно. На самом деле это кривая и морщинистая морковь обычного размера, из которой на специальных аппаратах вытачивают маленькие конусы. Оставшуюся стружку при этом выбрасывают6. Здесь мы могли бы вооружиться провокационным термином и назвать мини-морковь неестественной. Если бы кто-то решил с помощью биоинженерии создать реально миниатюрную морковь, закладывая в ее геном нужные размеры, форму и очарование, она тоже была бы неестественной. А мы могли бы ломать головы над вопросом, какой из типов неестественности более приемлем и почему.
Существование мини-моркови приводит нас к более широкому утверждению: наш мир пребывает далеко не в таком первозданном состоянии, как считают многие. Взять, к примеру, азот, обязательный компонент многих ключевых молекул жизни, в том числе белков и ДНК. Азота в природе много: в виде газа он составляет около 78 % атмосферы. Однако в такой форме он недоступен растениям и животным – ни один из этих организмов не способен усваивать азот из воздуха. Зато с этим справляются некоторые бактерии – особенно в симбиозе с растениями из специфических семейств: микробы создают азот-содержащие химические вещества – предшественники молекул, которые служат растению строительными материалами, а после его смерти удобряют почву, снабжая азотом другие растения и, следовательно, растительноядных животных. Процесс этот медленный, и недостаток азота часто становится причиной низкой продуктивности сельскохозяйственных угодий. В начале XX века немецкие химики Фриц Габер [72] и Карл Бош разработали искусственный процесс извлечения азота из воздуха и заложили фундамент для производства азотных удобрений. Это открытие оказало колоссальное влияние на производство продуктов питания и нашу цивилизацию в целом7. Процесс Габера – Боша стал главным независимым фактором взрывного роста численности населения Земли, и без него, по оценкам ученых, половины людей на планете просто не было бы. (Сейчас нас чуть меньше 8 миллиардов; в 1900 году землян было в районе 1,6 миллиарда.) Как ни удивительно, целых 50 % атомов азота в составе нитей ДНК, аминокислотных цепочек и других компонентов вашего тела получены благодаря процессу Габера – Боша, а не естественной бактериальной активности.
72
Биографии Габера и его первой жены, Клары Иммервар, производят сильное впечатление благодаря хитросплетениям таланта, триумфа, вины, предрассудков, драмы и трагедии. Судьба Габера в какой-то мере стала тренажером для иронических упражнений истории, о чем можно прочитать хотя бы в Википедии.
Неестественные процессы оставляют следы не только в виде набора атомов в наших телах. Около 40 % суши на нашей планете используется для ведения сельского хозяйства, и эта доля будет еще выше, если исключить из знаменателя, то есть из общей площади, бесплодные пространства вроде Сахары и Антарктики8. Атмосфера тоже изменяется: в последние 10 тысяч лет концентрация углекислого газа в ней колебалась в диапазоне от 250 до 280 частей на миллион. Теперь, благодаря интенсивному сжиганию ископаемого топлива, она превышает 400 частей на миллион. В соответствии с хорошо изученными законами теплового излучения, повышение содержания углекислого газа ведет к общему повышению температуры на Земле.
Следовательно, мы живем на планете, где человеческая деятельность не просто вносит незначительные возмущения в установленный порядок вещей, а выступает главным фактором динамики глобальных систем. Многие из нас уверены, что природу нужно сохранять и что восхитительное разнообразие видов и ландшафтов не только полезно, но и ценно само по себе. На мой взгляд, сдерживая свою «неестественную» деятельность, мы, как ни странно, служим плохую службу делу сохранения природы. Говоря откровенно, этот поезд ушел. Например, отказ от химических удобрений и пестицидов без замены их новыми технологиями приведет к тому, что для ведения сельского хозяйства нам потребуется почти в четыре раза больше земельных площадей. А их просто не существует. Численность населения Земли продолжает расти, и вместе с ней растет нагрузка на неосвоенные территории и дикую природу. Биоинженерия культур, направленная на повышение их продуктивности, могла бы сократить наш аграрный след, что вряд ли достижимо любыми другими средствами.
Если наращивание оборотов в манипулировании живым миром кажется вам рискованным, вы правы, так оно и есть. История снабжает нас наглядными примерами провальных вмешательств в экосистемы. Взять хотя бы знаменитых тростниковых жаб (жаб-ага). Сотню лет назад посадки сахарного тростника в Австралии атаковали жуки. В других частях света жуков и прочих вредителей поедали тростниковые жабы. Так почему бы не завезти этих прожорливых амфибий из Центральной и Южной Америки в Австралию? И вот в 1930-х жаб интродуцировали в Австралию для защиты плантаций сахарного тростника. План обернулся катастрофой. Жабы-переселенцы на радостях бросились размножаться, и теперь примерно 200 миллионов особей занимают территорию площадью почти 500 тысяч квадратных километров. К тростниковым жукам они проявили обидное равнодушие, зато по вкусу им пришлись другие местные насекомые, лягушки, яйца птиц и многое другое. Своим ядом жабы убивали многих хищников, которые могли бы контролировать их численность, а также домашних животных. В итоге тростниковые жабы, не принеся ни капли пользы, превратились в злостных вредителей, разоряющих традиционные среды обитания на континенте9. И по-прежнему неясно, что с ними делать.