Неолитические биотехнологии

Биотехнологии рождались многократно, и каждый раз это происходило вслепую.

Человек начал манипулировать другими формами жизни по крайней мере 10 000 лет назад: его целью было получение полезных вещей, таких как пища и одежда. В Юго - Восточной Азии, Турции, Западной Африке и Мексике люди одомашнивали животных и растения. Вероятно, сначала это происходило неосознанно. Собирая растения, люди предпочитали определенные разновидности, и их семена случайно сыпались на землю возле стоянки. Дикие предки собак, бродившие вокруг костров и питавшиеся объедками, вероятно, передавали своим щенкам гены общительности. Эти виды адаптировались к жизни с человеком посредством естественного отбора. Как только человек начал возделывать землю и выращивать скот, естественный отбор уступил место отбору искусственному, поскольку человек уже сознательно отбирал для продолжения рода особей с нужными ему свойствами. Эволюция ускорилась, и человек создал целую галерею гротескных тварей - от плоскомордых мопсов до тыкв размером с приличный валун.

Надо сказать, что неолитические биотехнологи манипулировали и микроорганизмами тоже. Они научились делать пиво и вино или, вернее, поняли, как заставить дрожжи сделать пиво и вино. Человеку достаточно было просто создать условия, при которых дрожжам удобнее всего будет превращать сахар в спирт. Дрожжи, выделяя углекислый газ, заставляли хлеб подниматься. Одомашненные микроорганизмы эволюционировали, точно так же как дикорастущий злак теосинте эволюционировал в кукурузу, а жилистая дикая курица - в упитанную домашнюю птицу. Дрожжи сегодняшних виноделов отличаются от своих диких родичей, покрывающих древесную кору.

К примеру, с появлением йогурта развилась целая бактериальная экосистема. Его изобрели пастухи - кочевники, жившие на Ближнем Востоке, около 5000 лет назад. Возможно, однажды они обратили внимание на то, что молоко загустело и приобрело характерный вкус, а протухать не торопилось. По всей видимости, бактерии, которые прежде питались растениями, случайно попали в молоко и, размножаясь в нем, изменили его химический состав. Пастухи обнаружили, что если положить немного такого загустевшего продукта в свежее молоко, то оно тоже изменится. Бактерии в этих культурах оказались в плену новых экосистем и адаптировались к подобным условиям, развивая умение все лучше утилизировать молоко и отбросив ненужные для этого гены.

Человек полуосознанно экспериментировал с животными, растениями и микроорганизмами тысячи лет. Но в XIX в., когда началось проникновение в микромир, у ученых появились новые способы управлять природными объектами. При первых попытках такого рода методы использовались простые, но мощные и наглядные. Луи Пастер продемонстрировал, что именно бактерии делают вино кислым, а молоко - опасным. Сильное нагревание убивает эти вредные бактерии, отчего дети становятся здоровее, а любители и знатоки вина - счастливее.

Обнаружив подобные алхимические свойства бактерий, микробиологи начали активно искать виды микроорганизмов, которые могли бы выполнять новые полезные химические задачи. Хаим Вейцман, первый президент Израиля, первоначально прославился именно в области биотехнологий. Во время Первой мировой войны, проживая в Британии, он открыл бактерии, способные производить ацетон - важный компонент взрывчатых веществ. Уинстон Черчилль быстро воспользовался этим открытием, построив целую сеть фабрик, на которых бактерии делали дешевый ацетон для военно - морского флота Великобритании. Следующее поколение микробиологов, пытаясь заставить бактерии работать эффективнее, занималось уже их генами. Подвергнув пенициллиновую плесень облучению, ученые получили мутантные экземпляры с дополнительными копиями генов, отвечающих за производство пенициллина, которые позволили увеличить производство ценного лекарства.

Научившись манипулировать живыми организмами, ученые задумались о том, что ожидает нас впереди. В 1923 г. британский биолог Джон Холдейн написал произведение в жанре научной фантастики. От лица воображаемого историка будущих времен он рассказывает о создании в 1940 г. нового штамма водорослей, способных извлекать азот из воздуха. Будучи рассыпанными над полем, они так эффективно удобряли почву, что удваивали урожай. Но затем часть водорослей случайно попала в море, и поверхность Атлантики превратилась практически в желе. Это вызвало вспышку численности рыбы, которой после этого стало столько, что ею могло прокормиться все человечество.

"Разумеется, именно в результате вторжения Porphyrococcus море приобрело фиолетовый цвет, который сегодня кажется нам столь естественным, но который очень расстраивал эстетически настроенную часть наших прародителей, бывших свидетелями перемены, - писал Холдейн. - Нам, конечно, любопытно читать о том, что море когда‑то было голубым или зеленым".

Следующие 50 лет ученые разрывались между надеждой и страхом. Некоторые надеялись, что биотехнологии помогут человечеству создать альтернативу загрязненному современному миру, работающему на ядерной энергии; они придумали для себя утопию, в которой бедные страны могли обеспечить себе пищу и здоровье, не разрушая собственных природных ресурсов. Тем не менее идея о том, что можно заново написать рецепт жизни, вызывала у некоторых не восторг, а отвращение. Да, возможно, ученым удастся создать съедобный штамм дрожжей, способных питаться нефтью. Но кто же захочет его есть?

Помимо ученых, мало кто принимал все эти рассуждения сколько‑нибудь всерьез. Несмотря на все успехи биотехнологий, к 1970 г. не наблюдалось никаких признаков того, что жизнь в обозримое время может измениться. А затем, совершенно неожиданно, ученые осознали, что могут менять генетический код по своему желанию и создать химеру, совместив в одном организме гены разных видов. И они вместе с E. coli занялись преобразованием нашей жизни. Девиз Моно приобрел еще одно значение: если ученые могут конструировать штаммы E. coli методами генной инженерии, то есть все основания полагать, что когда‑нибудь они доберутся и до слонов.

Вырезать и вставить

До 1970 г. E. coli не играла в биотехнологиях никакой роли. В природе она не производила пенициллин или какое‑нибудь другое ценное вещество. Она не превращала ячмень в пиво. Целью большинства ученых, исследовавших в те времена E. coli, была не прибыль, а знания о том, как устроены живые организмы. Они много узнали о том, как E. coli при помощи генов строит молекулы белков, как включаются и выключаются эти гены, как белки обеспечивают жизнь бактерии. Но, чтобы понять, как живет E. coli, им пришлось изготовить инструменты, при помощи которых с бактерией можно было работать. Со временем с помощью этих же инструментов ученые будут не только исследовать жизнь, но и зарабатывать состояния.

Возможности генетического конструирования застали специалистов по E. coli практически врасплох. В конце 1960–х гг. биолог Джонатан Беквит из Гарварда занимался исследованием lac - о перона - набора генов, которые включает E. coli, переходя на утилизацию лактозы. Чтобы разобраться в природе бактериального переключателя,

Беквит решил "вырезать" оперой из хромосомы E. coli. Он воспользовался тем фактом, что некоторые вирусы, инфицирующие эту бактерию, иногда случайно копируют lac - о перон вместе с собственными генами. Беквит с коллегами разделил двойные спирали ДНК двух разных вирусов и свел вместе по одной нити от каждого вируса. На участках, содержащих lac - о перон, нуклеотидные последовательности были комплементарными и смогли соединяться. Остальные части ДНК остались в виде одинарных нитей. Беквит с коллегами добавил к смеси вирусов вещества, разрушающие одинарные нити ДНК, и получил чистый оперон. Впервые в истории человеку удалось выделить определенные гены.

22 ноября 1969 г. Беквит встретился с прессой и объявил о своем открытии. И сообщил всему миру о том, что глубоко встревожен собственным достижением. Если он смог выделить гены из E. coli, то, возможно, в скором времени кто‑то другой обернет его метод во зло - создаст с его помощью новую чуму или сконструирует новые разновидности человека. "Сегодня таких методов не существует, - сказал он, - но, скорее всего, пройдет не так уж много времени, и их можно будет использовать. Становится все страшнее и страшнее - особенно когда видишь, как наше правительство использует результаты биологических исследований во Вьетнаме, разрабатывает химическое и биологическое оружие".

Беквит мелькнул крупными заголовками на первых полосах The New York Times и других газет и пропал. Споры об опасностях генной инженерии смолкли. Ученые, не думая об опасности, вернулись к поискам новых способов работы с генами. Те, кто изучал человека, с завистью смотрели на инструменты, при помощи которых Беквит и его товарищи экспериментировали на E. coli.

Для исследования одного - единственного мышиного гена ученому может потребоваться ДНК сотен тысяч мышей. В результате было очень мало известно о том, каким образом генетическая информация в клетках животных транслируется в белки. Еще меньше было известно о самих генах - к примеру, о том, сколько их у человека или какую функцию каждый из них выполняет.

Пол Берг из Стэнфордского университета много лет посвятил изучению того, как E. coli синтезирует молекулы, и в конце 1960–х гг. его всерьез заинтересовал вопрос о том, нельзя ли применить те же методы для исследования клеток животных. В то время ученые изучали новые типы вирусов, навсегда поселившихся в хромосомах животных. Эти вирусы имеют огромное значение для медицины, потому что способны заставить клетки хозяина бесконтрольно размножаться и порождать опухоли. Берг увидел сходство между этими вирусами животных и некоторыми из вирусов, инфицирующих E. coli. В 1950–е гг. ученые выяснили, как можно использовать вирусы бактерии E. coli для переноса генов от одного хозяина к другому. Берг хотел узнать, нельзя ли заставить вирусы животных служить переносчиками генов.

Берг начал экспериментировать с канцерогенным вирусом обезьян SV40. Для начала нужно было придумать, каким образом можно встроить дополнительный ген в вирусную ДНК. Берг решил, что для этого ему придется разрезать кольцевую хромосому SV40 в строго определенном месте. Однако молекулярного ножа, при помощи которого можно было бы осуществить эту операцию, у него не было.

По случайному совпадению именно в тот момент другие ученые обнаружили такой нож. В 1960–е гг. у E. coli были открыты ферменты рестрикции, которые связывались с определенной короткой последовательностью нуклеотидов и разрезали чужеродную ДНК. Среди исследователей, совершивших это открытие, был и Герберт Бойер, микробиолог из Калифорнийского университета в Сан - Франциско. Бойер предоставил Бергу недавно открытый фермент рестрикции, названный EcoRl.

Берг с коллегами сумели при помощи EcoRl расщепить хромосому вируса SV40. К одному из концов ДНК вируса SV40 ученые добавили ДНК бактериофага лямбда, паразитирующего на E. coli. Чтобы сшить два фрагмента ДНК воедино, Берг с коллегами добавил к концу каждого фрагмента некоторое количество нуклеотидов, азотистые основания которых могли образовывать с концом другого фрагмента комплементарные связи. В результате всех этих операций получился искусственный вирусный гибрид. Строго говоря, это был гибрид трех видов, потому что бактериофаг лямбда включил в свой геном и некоторые участки ДНК хозяина - E. coli.

Поскольку у гибрида присутствовали гены фага лямбда, отвечающие за внедрение в клетку E. coli, Берг решил проверить, сможет ли гибрид тоже проникнуть в бактерию. Он попросил одну из своих студенток, Дженет Мерц, разработать план эксперимента. Для Берга и Мерц тот эксперимент начался как попытка получить ответ на еще один интересный вопрос. Но остальные, узнав об их планах, пришли в ужас.

Одним из первых, кто поделился с Бергом своим беспокойством по этому поводу, стал специалист по биоэтике Леон Касс. Когда‑то он, как и Берг, работал с E. coli, но затем разочаровался в науке, увидев, как стремительно расширяются ее достижения и как мало при этом внимания уделяется этической стороне дела. Касс предостерег Берга, сказав, что манипулирование генами может завести человечество в моральный тупик. Если биологи научатся встраивать гены в человеческий зародыш, родители получат возможность заранее выбирать характеристики своих детей. Они не ограничатся модификацией генов, которые, к примеру, ответственны за развитие таких болезней, как серповидноклеточная анемия или другие наследственные генетические заболевания. Они захотят улучшить даже совершенно здоровых детей.

"Достаточно ли мы разумны, чтобы ставить под угрозу равновесие генетического банка?" - задал вопрос Касс.

Берг отмахнулся от этого предупреждения, но, когда сомнения начали высказывать и другие специалисты по вирусам, он призадумался. Мерц объяснила остальным исследователям, как именно они с Бергом собирались создать своеобразную матрешку: SV40 в фаге лямбда, фаг лямбда в E. coli. Один из коллег ответил: "Ну да, а E. coli в человеке".

Некоторые ученые опасались, что если E. coli с вирусом SV40 внутри случайно вырвется из лаборатории Берга, то через какое‑то время она сможет найти себе хозяина - человека. Устроившись там, она начнет размножаться, производя при этом в огромных количествах канцерогенные вирусы. Никто не мог предсказать, как все обернется в подобном случае: может, обойдется без последствий, а может, разразится невиданная эпидемия рака. Перед лицом таких неопределенностей Берг и Мерц приняли решение отказаться от задуманного эксперимента.

"Я не хотела стать человеком, создавшим из‑за собственного упрямства чудовище, которое убьет миллионы людей", - сказала позже Мерц.

В то время лаборатория Берга была единственной в мире, где активно проводились опыты по генной инженерии. В ней пользовались хитроумными, сложными и очень медленными методами. Закрыв эксперимент по созданию химеры, ученые могли быть уверены, что никто не сможет продолжить их исследования. Но прошло совсем немного времени, и генная инженерия стала намного проще технически - и, конечно, еще противоречивее.

Берг и Бойер продолжали изучать механизм, при помощи которого EcoRl разрезает молекулу ДНК. Они выяснили, что фермент оставляет после себя отнюдь не чистый ровный срез; наоборот, на каждом конце одна из нитей ДНК оказывается длиннее другой. Этот свисающий кончик может спонтанно соединиться с другим болтающимся кончиком, также отрезанным при помощи EcoRl. По существу, при разрезании получались так называемые "липкие" концы. И не нужно было ничего дополнительно делать с фрагментами ДНК разных видов, чтобы соединить их: они сами делали все необходимое.

Вскоре Бойер сумел реализовать возможности, которые давали ему "липкие" концы ДНК. Вместо вирусов он выбрал плазмиды - колечки ДНК, которыми бактерии обменивались друг с другом. Вместе со специалистом по плазмидам Стенли Коэном Бойер разрезал две плазмиды при помощи EcoRl. "Липкие" концы молекул соединились, объединив две плазмиды в одно кольцо. Каждая из плазмид несла в себе гены, отвечающие за устойчивость к какому‑то одному антибиотику, и когда Бойер и Коэн ввели получившуюся плазмиду в клетку E. coli, бактерия получила резистентность к обоим лекарствам. После деления этой бактерии оба новых микроорганизма получили по одинаковой плазмиде, созданной методами генной инженерии. Впервые в истории живой микроб стал носителем генов, сознательно соединенных человеком.

Соединив между собой две плазмиды E. coli, Бойер и Коэн обратились к другому биологическому виду. В сотрудничестве с Джоном Морроу из Стэнфордского университета они вырезали фрагмент ДНК из клетки африканской шпорцевой лягушки и вставили его в плазмиду, которую затем ввели в клетку E. coli. Таким образом они создали химерный организм, который одновременно был и бактерией, и животным.

Когда Бойер описал результаты своих экспериментов на конференции в Нью - Гемпшире в 1973 г., его сообщение произвело эффект разорвавшейся бомбы. Никто не мог сказать, безопасны ли подобные эксперименты. Участники конференции направили в Национальную академию наук США письмо, в котором изложили свои опасения, и в научных кругах разгорелась дискуссия. Что практически полезного можно сделать с E. coli, полученной в результате подобных генетических экспериментов? Насколько серьезны риски?

Возможности на тот момент казались совершенно фантастическими - примерно настолько же, насколько фантастическими выглядели мечты Холдейна ровно за полвека до этого. E. coli могла бы производить ценнейшие органические вещества, такие как человеческий инсулин, необходимый при лечении диабета. E. coli можно было бы снабдить генами для расщепления целлюлозы - химически стойких растительных волокон. Тогда человек, проглотивший некоторое количество таких, способных расщеплять целлюлозу бактерий, смог бы извлекать питательные вещества из травы и других растений. С другой стороны, игры с геномом E. coli могли закончиться катастрофой. Так, при помощи целлюлозорасщепляющей E. coli человек, возможно, стал бы получать слишком много калорий и растолстел бы до невероятных размеров. А может быть, эти бактерии лишили бы человека той пользы, которую он получает от непереваренных растительных волокон, в том числе, к примеру, и защиты от рака.

Пол Берг и 30 других видных ученых написали в 1974 г. письмо в Национальную академию наук США, в котором призывали к мораторию на искусственный перенос генов до тех пор, пока ученые не договорятся о некоторых общих рекомендациях. Первым шагом к формулированию таких рекомендаций стала организованная Бергом в феврале 1975 г. встреча в конференц - центре государственного парка "Асиломар" на побережье Калифорнии (в Пасифик - Гроув). Вместо того чтобы полностью запрещать генную инженерию, ученые призвали к созданию системы контроля с несколькими уровнями жесткости. Чем выше вероятность того, что эксперимент может нанести вред, тем больше внимания ученые должны уделять предотвращению утечки экспериментального материала - организмов с искусственно измененным генотипом. Некоторые особенно опасные эксперименты, такие как интегрирование в геном живых организмов чужеродных генов, отвечающих за производство мощных токсинов, нельзя проводить вовсе. По следам Асиломарской конференции Национальный институт здоровья США создал комитет, который должен был в том же году разработать официальные рекомендации.

С точки зрения таких ученых, как Берг, подобная стратегия, безусловно, представлялась разумной. Они не спеша поразмыслили над перспективами генной инженерии и решили, что связанные с ней риски не так уж велики и с ними можно работать. Так, генная инженерия вряд ли способна вызвать новую эпидемию рака, поскольку большинство людей сталкивается с подобными вирусами еще в детстве. Многие ученые пришли к выводу, что после десятилетий безбедной жизни в лабораториях штамм E. coli К-12 настолько ослабел, что не сможет выжить в жестких условиях человеческого кишечника. Биолог Уильям Смит объявил, что выпил раствор E. coli К-12, но не обнаружил следов бактерии в своем стуле. Но для пущей уверенности в том, что генная инженерия не будет представлять опасности, микробиолог из Алабамского университета Рой Кертисс создал сверхслабый штамм E. coli, в сотню миллионов раз более слабый, чем пресловутый К-12.

На других ученых, однако, эти успокоительные заверения не подействовали. Биохимик Либе Кавальери из Мемориального онкологического центра имени Слоана - Кеттеринга в Нью - Йорке опубликовал в New York Times Magazine очерк под названием "Новые штаммы жизни - или смерти" (New Strains of Life - or Death). Чуть ниже заголовка в журнале размещался гигантский групповой портрет E. coli, обнимающих друг друга своими тонкими инопланетными фимбриями. Познакомьтесь - новый Франкенштейн.

Очень скоро к критикам - ученым присоединились политики и общественные деятели. Конгресс США начал слушания по генной инженерии, и депутаты сразу же внесли в парламент десяток биллей, предусматривающих различные степени контроля. Не дремали и политики муниципального уровня. Так, мэр города Кембриджа (штат Массачусетс) Альфред Веллуччи провел бурные слушания по поводу начала в Гарварде исследований в области генной инженерии. Город полностью запретил генную инженерию на несколько месяцев. На научных конференциях протестующие вывешивали лозунги, экологические организации подавали в суд на Национальный институт здоровья за пренебрежение рисками генной инженерии.

Многие критически настроенные люди были возмущены тем, что ученые вроде бы собирались сами решить, как поступить с рисками, связанными с генной инженерией. "В намерения той части научного мира, которую можно было бы назвать молекулярно - биологической общественностью, никогда не входило выносить этот вопрос на обсуждение широкой публики", - откровенно написал в 1981 г. Джеймс Уотсон. Критики утверждали, что публика имеет право решать, как быть с рисками генной инженерии, потому что все беды и отрицательные последствия обрушатся, разумеется, на обычных людей. Сенатор от штата Массачусетс Эдвард Кеннеди жаловался, что "ученые сами решили наложить мораторий, а затем сами же решили его снять".

Некоторые критики также высказывали сомнения, что ученые могут быть объективны в вопросе генной инженерии. Они заинтересованы в том, чтобы законодательные ограничения были как можно менее строгими, потому что так им удастся за меньшее время провести больше экспериментов. "Путеводная звезда Нобелевской премии - мощный стимулятор, придающий исследователям силы и энергию", - предостерегал Кавальери. Вместе с научной славой приходят и сверкающие перспективы богатства. Корпорации и инвесторы уже начинали обхаживать специалистов по молекулярной биологии, надеясь найти генной инженерии коммерческое применение. Финансовые интересы многих могут заставить преувеличить грядущие выгоды новой науки и преуменьшить связанные с ней риски. Так, компания Cetus, активно привлекавшая в свои ряды молекулярных биологов, сделала поразительное предсказание: "Мы, работники Cetus, предрекаем, что к 2000 году буквально все основные человеческие болезни будут без труда излечиваться специальными, разработанными отдельно для каждой болезни искусственными белками, которые будут вырабатывать специализированные гибридные микроорганизмы".

Критики же видели в генной инженерии не чудо, а лишь иллюзию простого решения. В 1977 г. Национальная академия наук США организовала публичный форум по рискам и преимуществам новой технологии. Протестующие устраивали пикеты, пытаясь остановить мероприятие, и называли генных инженеров нацистами. Среди этого хаоса вице - президент по исследованиям компании Eli Lilly Ирвинг Джонсон рассказал о том, как можно использовать генную инженерию в лечении диабета. Eli Lilly, крупнейший в США производитель инсулина, получала этот гормон из поджелудочной железы свиней. При падении уровня потребления свинины или заметном увеличении числа диабетиков, сказал Джонсон, этого источника, возможно, окажется недостаточно. Создание методами генной инженерии бактерии, способной производить человеческий инсулин, может обеспечить его неограниченное и дешевое производство. "Это настоящая “наука для народа”", - сказал Джонсон.

Рут Хаббард, биолог из Гарварда и ведущий критик генной инженерии, выступила с опровержением этой радужной картины. Она указала на то, что инсулин не предотвращает диабет и даже не лечит его. Он всего лишь нейтрализует некоторые симптомы болезни. "Прежде чем хвататься за технические фокусы и пытаться лечить с их помощью сложные болезни, - предостерегла она, - мы должны сначала понять, что вызывает эти болезни, как работает терапия, о которой нам прожужжали все уши; мы должны знать, какая доля больных действительно в ней нуждается… Но что нам сейчас совершенно точно не нужно, так это новая потенциально опасная технология производства инсулина, которая принесет выгоду только тем, кто его производит".

Мало того что генная инженерия отвлекает общество от реальных способов решения проблемы, предупреждали критики, она может поставить под угрозу само существование нашего мира. Особенно рискованной ее делает то, что технология эта полностью зависит от E. coli. "С точки зрения общественного здоровья, - заявил Кавальери, - эта бактерия представляет собой наихудший возможный вариант. Это обычный обитатель человеческого пищеварительного тракта, легко проникающий в организм через рот или нос. Оказавшись внутри, он способен размножаться и может остаться там навсегда. Таким образом, любая лаборатория, работающая с рекомбинантными штаммами E. coli, битком набита потенциальными носителями, способными при случае разнести опасный штамм по всему миру".

Даже если ученые будут использовать для генной инженерии только ослабленный штамм E. coli, эти микробы смогут прожить вне лаборатории достаточно долго, чтобы передать свои измененные гены более выносливым штаммам. Критики предсказывали эпидемии рака, вызванные небрежно вылитым в раковину раствором, содержащим клетки E. coli. Бактерия, производящая инсулин, может выработать такое его количество в организме человека, что тот от инсулинового шока впадет в кому Генетически измененные организмы могут вызвать катастрофы посерьезнее, чем токсичные вещества, просто потому, что они живые и обладают репродуктивными способностями. Видный биолог из Колумбийского университета Эрвин Чаргафф назвал генную инженерию "необратимым вмешательством в биосферу".

"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 решения общественность отвлеклась от реальных угроз на иллюзию апокалипсиса.

"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.

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.

И сегодня, 30 лет спустя после превращения E. coli в чудовище и тягловую лошадку генной инженерии, эта бактерия по - прежнему остается любимым объектом биотехнологов. Ученые продолжают экспериментировать с ней в поисках новых способов работы с генами и белками. Ее ферменты рестрикции - любимый инструмент для разрезания ДНК, а ее плазмиды - любимое средство получения новых копий генов. Но сегодня ученые умеют встраивать эти гены в клетки многих других видов. В 1980–е гг. они, воспользовавшись полученными от E. coli уроками, начали переносить гены в другие бактерии и грибы. Кроме того, исследователи научились вводить гены в клетки животных и растений. Сбылась первоначальная мечта Берга: сегодня можно встроить ген в вирус, к примеру в SV40, и инфицировать этим вирусом клетку млекопитающего. (Ученые предпочитают использовать для этого клетки яичников китайского хомячка.) Модифицированная таким образом клетка может затем размножиться и образовать лабораторную колонию, которая станет вырабатывать какой‑нибудь ценный белок.

Но этого мало. Сегодня можно вводить новые гены в клетки живых животных и растений. Генетически модифицированные культуры распространились во многих странах уже в большей части сельскохозяйственных угодий. Некоторые из них производят токсины, убивающие вредных насекомых; в обычных условиях такие токсины синтезировались бактериями. Другие способны противостоять пестицидам. Ученым удалось также создать растения, способные вырабатывать человеческие антитела и вакцины.

Даже в клетки животных теперь вводят чужеродные гены с помощью модифицированных вирусов. Некоторые исследователи надеются найти способ излечивать генетические заболевания, снабжая клетки работающими копиями ключевых генов. Другие вводят гены непосредственно в зародышевые клетки, чтобы получить животных с чужеродными генами во всех клетках тела. Некоторые ученые пытаются при помощи методов генной инженерии снизить загрязнение окружающей среды отходами сельского хозяйства. Основные загрязнения от сельскохозяйственной деятельности - соединения фосфора и кислорода, поступающие в почву с удобрениями. Когда дожди и вешние воды уносят фосфаты с полей в реки и в конечном итоге в океан, они вызывают вспышку размножения водорослей и другие экологические катастрофы, которые постепенно приводят к появлению обширных мертвых зон, где не может выжить ни один живой организм. Одна из причин, почему в удобрениях содержится так много фосфатов, заключается в том, что значительную часть удобрений получают из навоза домашних животных, к примеру свиней и кур. Дело в том, что эти животные лишены пищеварительных ферментов, необходимых для расщепления фосфатов, поэтому они проходят сквозь пищеварительную систему неизмененными. E. coli, как и многие другие бактерии, вырабатывает ферм

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: