«Трещина в мироздании»: захватывающий научпоп о редактировании генома

Американский биохимик Дженнифер Даудна большую часть карьеры изучала сложные узкопрофильные вопросы, о которых едва ли слышали простые смертные. Но в 2012 году команда ученых под ее руководством сделала прорывное открытие, которое скоро коснется жизни каждого.

Они разработали технологию CRISPR — самый дешевый, точный и мощный способ редактирования генома, который позволяет переписывать ДНК так же легко, как обычный текст. С помощью него можно будет исцелять людей от ранее неизлечимых болезней, а также воплощать другие заманчивые, но темные идеи.

Когда Дженнифер Даудна поняла, как далеко зашли исследования, основанные на ее открытии, она забила тревогу. В книге «Трещина в мироздании» она и ее коллега Сэмюэль Стернберг рассказывают о бесценном даре и угрозах, которые открыла перед человечеством технология редактирования генома CRISPR.

Что такое геном

Это наследственная информация в клетке организма. Она представляет своеобразную инструкцию, согласно которой он растет, поддерживает себя и передает гены потомкам. В большинстве случаев эта информация одинакова во всех клетках организма, за исключением тех, в которых произошла мутация. 

Геном построен из молекул ДНК, которые состоят из четырех видов структурных элементов — нуклеотидов А, Г, Ц и Т. «Буквы» образуют две длинные цепочки, которые скреплены вместе и закручены в спираль, похожую на винтовую лестницу. Причем на каждой ступеньке А всегда стоит напротив Т, а Г — напротив Ц. Когда клетка делится, цепочка расстегивается прямо по центру, как застежка-молния. Каждая половинка находит себе другую — с подходящими «буквами», и получаются две копии изначальной спирали.

Как ученые научились редактировать геном

В мутировавшей клетке одна буква или целый фрагмент ДНК заменяется на другой или вовсе пропадает, и возникает риск наследственного заболевания. Когда в 1970 году открыли технологию прочитывания ДНК, стало ясно, какие именно ошибки в генах вызывают конкретный недуг. Идея отыскать способ, чтобы исправлять их, заворожила ученых.

Сначала они догадались вставлять в геном новую информацию с помощью вирусов. Ведь эти организмы созданы для того, чтобы взламывать чужие клетки, вшивать в них собственные ДНК и распространять заражение. Ученые обезвреживали вирус и снабжали его лечебным геном. Но метод не всегда срабатывал. Лекарство не доставлялось точно в проблемное место, а могло случайно пристроиться к здоровым цепочкам и вызвать новые заболевания. Кроме того, оно боролось только с некоторыми недугами.

Наконец, в 80-х ученые научились переписывать геном. Здоровый ген из пробирки вводили напрямую в клетки. Родные организму ДНК создавали пары с подсунутыми чужеродными цепочками и исцелялись. Но этот метод тоже не защищал от встраивания генов в случайное место. Позже стало ясно: чтобы они попадали строго в проблемную ДНК, нужно разрезать ее в том месте, которое необходимо отредактировать. Это делали разными способами, но ни один из них не был таким простым, дешевым и эффективным, как СRISPR.

Какие преимущества дает технология CRISPR

Когда Дженнифер Даудна с коллегами изобрела новый метод, она не думала, что открыла врата ада. Их работа вообще касалась совершенно другой области. Они изучали защитные механизмы бактерии от вирусов, среди которых обнаружили инструмент для прицельного разрезания вражеского ДНК. Ученые сразу поняли, как можно использовать это открытие. Но видели в нем противоядие, а не самое опасное оружие со времен атомной бомбы. 

Больше всего пользы CRISPR должен принести медицине. С помощью данной технологии можно будет вылечить все генетические заболевания, для которых известны вызывающие их мутации. Медики уже начали бороться с некоторыми видами рака, ВИЧ-инфекцией и СПИДом. Какие-то болезни можно вообще стереть с лица Земли. Ученые уже внедрили CRISPR в геном комаров, чтобы постепенно уничтожить передаваемые ими малярию и лихорадку Зика. Некоторые исследователи пытаются очеловечить ДНК животных, чтобы они стали донорами органов для людей. 

CRISPR открыла множество возможностей для сельского хозяйства. Исследователи получили устойчивые к различным болезням культуры, сделали так, чтобы они медленнее портились и были полезнее для здоровья. Китайские ученые отредактировали геном кашемировых коз так, что они стали приносить больше мяса и шерсти.

С помощью CRISPR можно будет вылечить все генетические заболевания, для которых известны вызывающие их мутации. Медики уже начали бороться с некоторыми видами рака, ВИЧ-инфекцией и СПИДом. Какие-то болезни можно вообще стереть с лица Земли.

Чем редактирование генома грозит человечеству

Пройдет время, прежде чем технология CRISPR станет общедоступной, но Дженнифер Даудна пророчит, что это случится скоро. Если медики научатся исцелять взрослых, логично будет предупреждать болезни на самых ранних стадиях. Например, редактировать геном еще не рожденного ребенка. Но, как только мы начнем это делать, появится искушение не просто исправлять мутировавшие гены, а улучшать нормальные. 

Можно ли наделить ребенка невероятной физической силой, завидными умственными способностями, изменить цвет глаз, кожи или волос? Теперь легко. Например, с помощью CRISPR можно будет скопировать у тяжелоатлета гены ACVR2B, ACTG1, SLC8A1 и SYT1, которые управляют структурой мышечных волокон и отвечают за их реакцию на команды нервной системы, и вставить их вместо соответствующего участка в ДНК эмбриона. А потом заменить у ребенка 52 гена, связанных с интеллектом, вырастив их в пробирке. Эти гены участвуют в сложных отношениях, создающих нейронные системы мозга, и к чему точно приведет их изменение пока неизвестно. 

Можно ли наделить ребенка невероятной физической силой, завидными умственными способностями, изменить цвет глаз, кожи или волос? Теперь легко.

Дженнифер Даудна опасается, что свойственное человеку стремление к совершенству обострит социальное неравенство или запустит новую волну евгеники. Представьте общество, в котором узаконили улучшение человека при помощи CRISPR. В нем коммерческое экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) сможет предложить будущим родителям ребенка с любыми характеристиками: голубыми глазами, IQ не ниже 145 или физическими данными, которые позволят ему пробежать стометровку за 10 секунд.

В этом обществе появятся элитные школы и спортивные состязания для сверхлюдей, долгожители нового уровня, искусственно созданный клан сильных, быстрых, легкоуправляемых, но недолговечных воинов. Социальное расслоение усилится и изменится качественно: к высшему классу будут относиться люди с определенным набором усовершенствованных генов.

Когда Дженнифер Даудна увидела, что технология, которую она помогла создать, начала распространяться и развиваться с неконтролируемой скоростью, она решила рассказать о новой угрозе как можно большему количеству людей. Она объездила мир с конференциями, лекциями и семинарами, общаясь с учеными, чиновниками и простыми гражданами. Ученая призывает прийти к компромиссу и ограничить использование технологии в будущем. Редактировать геном нужно только в гуманных целях, чтобы спасать жизни людей. Чтобы узнать о технологии CRISPR больше, читайте книгу «Трещина в мироздании».