| |
 |
Синтез нуклеотидов путем удобных химических методов (ведь необязательно делать это с помощью хаотического процесса, как Поннамперума) стал уже привычным делом. Шотландский химик Александр Тодд (ныне – барон Тодд Трампингтонский) в 1940-х гг. синтезировал несколько различных нуклеотидов.
Но что же мы можем сказать о переходе от нуклеотидов непосредственно к нуклеиновой кислоте?
В 1955 году испано-американский биохимик Северо Очоа с помощью правильно подобранных ферментов сумел в ходе своих опытов в Нью-Йоркском Университете сформировать из раствора высокоэнергетических нуклеотидов молекулы, очень похожие на естественные нуклеиновые кислоты – несмотря на то, что изначально в растворе не имелось ни одной нуклеиновой кислоты, которая могла бы послужить моделью.
Именно этот синтез нуклеиновой кислоты Мюллер и имел в виду в 1960 году, когда сказал, что живую материю уже синтезировали пять лет назад.
Если быть совсем точными, то молекулы нуклеиновой кислоты, синтезированные без шаблона, имеют совершенно хаотичный порядок следования нуклеотидов и, как правило, более простое строение, чем естественные молекулы. Понятно, что искусственно синтезированные нуклеиновые кислоты не помогают работе ни одной клетки и не способны проникать в клетки и размножаться там. Обладая потенциалом живой материи, они, тем не менее, ничем этот потенциал не проявляют.
Итак, на сегодняшнем этапе развития биологии ученые могут:
1) Создавать молекулы нуклеиновой кислоты по образцу присутствующей в системе некоей природной молекулы. Такие молекулы можно рассматривать, как живые, но они не являются созданными из полностью неживых исходных материалов.
2) Создавать молекулы нуклеиновой кислоты из полностью неживых исходных материалов. Такие молекулы до сих пор пока не демонстрируют никаких свойств живой материи.
Наука пока не в силах создать их полностью неживого сырья полноценную живую молекулу нуклеиновой кислоты – но такое положение дел продлится недолго, и именно это имел в виду Прайс в той цитате, с которой я начал главу.
Давайте же заглянем в будущее и посмотрим, какие последствия мы получим, когда человечество научится создавать искусственные нуклеиновые кислоты, искусственные вирусы, искусственные хромосомы, искусственную жизнь.
Какие опасности грозят нам сейчас? Допустим, ученые создадут вирус, который сможет проникать в клетки – совершенно новый вирус, против которого человек, может быть, никогда не сможет выработать никакой защиты. Может ли получиться так, что новая, невообразимо смертоносная чума, вырвавшись из пробирки, уничтожит все человечество, а может быть – и всю клеточную жизнь на Земле?
Вероятность такого исхода очень мала. Проникновение вируса в клетку и дальнейшее использование вирусом клетки в своих целях – чрезвычайно сложное явление. Этот механизм обладает работоспособностью только благодаря миллиардам лет медленной эволюции, а вирусы, как правило, могут паразитировать только на клетках конкретных видов.
Поэтому допустить появление вируса, который случайно окажется непобедимым для всех систем иммунитета, и при этом будет обладать свойством разрушать все клетки человеческого организма можно лишь с очень большой натяжкой. Выражаясь математическим языком, вероятность такого события не исключена, но крайне мала.
Так давайте же лучше рассмотрим более конструктивные и оптимистические возможности, которые сможет предоставить нам наука.
Над миром встает заря дня, когда мы сможем повторить предыдущий триумф человечества на новом – гораздо более тонком и сложном – уровне.
Когда-то, в далекие доисторические времена, человек вел образ жизни охотника и собирателя. Он ел диких животных, которых удавалось убить, или фрукты и ягоды, которые удавалось найти. Если человеку не везло в погоне или в поиске, то он оставался голодным.
Потом люди научились приручать животных - кормить их, присматривать за ними, а взамен пользоваться их молоком, шерстью и рабочей силой и забивать их на мясо в случае необходимости. Научились выращивать растения и собирать урожай. Человек перестал быть охотником и собирателем, и стал пастухом и землепашцем. В результате пищи у него стало гораздо больше. В результате этих потрясающих открытий около 10 000 лет назад произошел первый в истории человечества демографический взрыв.
В отношении материи, из которой состоят клетки, мы пока что находимся на стадии «охоты и собирательства». Возьмем для примера инсулин. Инсулин – это белок, вырабатываемый особыми клетками в железе, именуемой поджелудочной. Это не фермент, а гормон, необходимый для правильного функционирования организма. Его отсутствие (или недостаток) в организме приводит к диабету (см. гл. 3).
Диабетик может вести нормальный образ жизни, если будет регулярно получать инъекции инсулина. Инсулин для этих инъекций получают из поджелудочной железы забиваемых коров и свиней. Мы «собираем» инсулин из тех поджелудочных желез, которые нам удается найти. А их бывает ровно одна на каждое забитое животное – то есть, запас ограничен.
Конечно, этого ограниченного запаса хватает, но зачем заниматься собирательством инсулина, если у нас появился шанс получать его, «разводя стада» молекул? Что, если нам взять из клетки поджелудочной железы не сам инсулин, а молекулу нуклеиновой кислоты, которая запускает производство инсулина? Если мы «одомашним» эту нуклеиновую кислоту и будем предоставлять ей достаточно необходимого сырья, то она сможет производить инсулин в неограниченных количествах, как корова производит молоко. Тогда у нас будет свой собственный запас инсулина, и мы перестанем зависеть в этом отношении от количества забиваемых животных. Более того, возможно, нам удастся заставить эту нуклеиновую кислоту реплицироваться самостоятельно, и тогда нам вообще не понадобятся больше никакие животные.
Разве не заманчиво выглядит будущее, в котором появятся заводы и фабрики, где вместо лязгающих железных механизмов будут трудиться микроскопические нуклеиновые кислоты? Человечество вполне сможет искусственным образом получать сотни, тысячи сложных ферментов и других белков. С помощью некоторых ферментов удастся проводить некоторые химические реакции лучше, чем посредством любого из ныне известных способов. Появятся и новые вещества, пригодные к использованию в медицинских целях.
Возможно даже, что часть получаемого таким образом биологического материала можно будет употреблять в пищу. Искусственно изготовленные белки будут добавляться в естественную пищу в тех регионах земного шара, где питания не хватает. Да, искусственное изготовление белков будет недешево обходиться, особенно поначалу, но зато сами белки будут представлять собой чистую идеальную пищу – ни костей, ни хрящей, ни жира, сплошной продукт с высочайшей питательной ценностью.
Скорее всего, большинство людей на Земле воспротивятся введению такой неестественной диеты, но колонисты на Луне или Марсе должны высоко ее оценить. Ведь там не пасется скот и не растут яблони, а с учетом того, во сколько обойдется транспортировка пищи в космосе, похоже, что нуклеиновым кислотам будет где развернуться. Сырье-то для будущих молекул найти можно будет без проблем и в составе местных минералов (хорошо бы там оказались известняк и гидросиликаты).
На самом деле, скорее всего именно от достижений в области использования нуклеиновых кислот в первую очередь зависит вероятность колонизации Солнечной Системы на практике.
Человечество совершенно не обязано в своих целенаправленных экспериментах в точности копировать работу природы. В конце концов, нуклеиновые кислоты реплицируются на самом деле ведь не совсем точно. Иногда в процессе репликации происходят небольшие ошибки. Нельзя сказать, что это само по себе плохо, поскольку иногда случается так, что благодаря этим ошибкам получается совершенно новая нуклеиновая кислота, которая начинает приносить дополнительную пользу клетке, в которой появилась на свет. Именно благодаря таким случайным изменениям в строении нуклеиновых кислот за два миллиарда лет эволюционного развития из амебы получился человек.
Люди научились способствовать этим изменениям в нуклеиновых кислотах в процессе репликации. Вероятность ошибок при репликации оказалось возможным увеличивать путем обработки нуклеиновых кислот нагреванием, радиацией, определенными химическими веществами. Нуклеиновые кислоты нового образца строят белки (многие из которых являются ферментами) также с ошибками, получая новые, которым не было раньше аналогов. Скорее всего, большинство этих новых белков окажутся бесполезными, но некоторые вполне могут иметь новые, очень важные свойства, каких в природе еще никогда не наблюдалось. Химикам подобное уже знакомо. Сотню лет назад они уже научились получать химические соединения, несуществующие в природе. Так появились на свет новые красители, новые лекарства, и даже новые макромолекулы, например, синтетические волокна и пластмассы. И во многих случаях новые вещества имели серьезные преимущества перед любыми природными аналогами.
Почему же нам тогда не производить новые нуклеиновые кислоты, которые будут создавать новые белки – возможно, превосходящие все имеющееся в природе? Мы можем не только «разводить» нуклеиновые кислоты, но и «выводить» новые их разновидности, точно так же, как мы выводим новые породы скота или новые сорта пшеницы.
А можно ли применить технологии новых аминокислот напрямую к людям? Давайте поразмышляем дальше.
Каждая хромосома состоит из сотен, если не тысяч, блоков - нуклеиновых кислот, каждая из которых способна создавать определенные белки. Самое старое название этих блоков – «гены». У каждого человека имеется свой личный набор генов, и не исключено, что у любого из нас в клетках присутствуют и дефектные гены, неспособные правильно создавать нужные ферменты.
Чаще всего эти дефекты легки и незаметны – но не всегда. Ученые пытаются разобраться в генах всеми доступными средствами. В 1962 году Роберт Эдгар из Калифорнийского Технологического Института сумел установить около половины генов, присутствующих в определенном вирусе, через анализ создаваемых этими генами ферментов.
В конце концов, конечно, будут изобретены технологии, с помощью которых можно будет определить функцию каждого гена в заданном наборе хромосом (1). Все клетки одного и того же организма имеют один и тот же набор генов, так что подобный анализ можно будет провести на материале, скажем, белых кровяных телец из капли крови.
(1) Недавно завершился амбициознейшей международный проект на эту тему. Проект получил название «Геном человека», был начат в США в 1986 году и закончен усилиями ученых из 20 стран мира в 2003 году. Однако, пока речь идет лишь именно о составлении карты генома, а не об установлении точной функции каждого из генов. Последняя задача – дело ближайшего будущего. – прим. пер.
Может быть, придет время, когда каждый будет подвергаться подобному анализу с рождения. Что можно сделать по результатам генного анализа, когда набор генов индивидуума установлен и проанализирован? В первую очередь, зная, какие гены несут дефект, можно предсказать угрозы здоровью человека, а значит – и принять профилактические меры. Зная свои физические возможности, человеку легче правильно планировать карьеру. Карта генного анализа может стать важнейшим документов каждого, который необходимо всегда иметь с собой, а копия которого будет храниться в каком-нибудь центральном архиве.
Несмотря на то, что каждая клетка одного и того же организма содержит один и тот же набор генов, сами гены выражают себя в разных клетках по-разному. Клетки специализируются, одни становятся нервными, другие – мышечными, третьи – клетками кожи, четвертые – печени, и так далее. Каждая клетка имеет свой собственный набор ферментов, что означает, что в клетке каждого типа деятельность одних генов подавляется, а других – запускается «на полную катушку».
Каким образом одни гены блокируются организмом, а другие – «включаются», ученые до сих пор в подавляющем большинстве случаев не знают. Но именно этот вопрос сейчас пользуется наибольшей популярностью у исследователей, и над ним сейчас работают со всех сторон. Одни ученые перебирают содержащиеся в хромосомах белки в поисках блокирующего агента; другие – исследуют продукты деятельности ферментов, которые, по мере накопления, могут замедлять действие породивших их ферментов. Возможно, что именно подобного рода обратная связь и обеспечивает блокировку генов. Изучаются и все другие возможности.
Предположим, люди научатся разблокировать гены. Тогда мы получим клетки со всеми свойствами первоначальной оплодотворенной яйцеклетки. Если таким образом удастся произвести «деспециализацию» (1) клеток культи утраченной руки или ноги, то, может быть, удастся отрастить конечности заново? А может быть, удастся регенерировать и нервные клетки или клетки глаза, и наши потомки не будут знать страшных слов «паралич» и «слепота»?
(1) в научной терминологии сейчас принят термин «дедифференциация» - прим. пер.
Вернемся к оплодотворенной яйцеклетке и вопросу о генном анализе. Предположим, что оплодотворенной яйцеклетке дали разделиться пополам, после чего одну из двух получившихся клеток извлекли из системы. Ущерба таким образом никому не нанесено, поскольку вторая оставшаяся клетка может самостоятельно делиться дальше, и из нее вырастет в конечном итоге полноценный взрослый человек. На самом деле, именно так – когда каждая из двух клеток первого цикла деления оплодотворенной яйцеклетки почему-то начинает развиваться самостоятельно - и получаются однояйцовые близнецы.
Извлеченную клетку можно использовать для генного анализа. По результатам этого анализа будет видно, можно ли дать второй клетке развиваться дальше, в полноценного человека, или она изначально дефектна, и человек, родись он, будет носителем неизлечимого генетического заболевания (1).
(1) Описанная процедура – генетический скрининг – является сейчас реальной и вполне распространенной при искусственном оплодотворении (при естественном слишком затруднен процесс извлечения клетки для анализа). Только клетка для анализа забирается не на первой, а на третьей итерации деления – не одна из двух, а одна из восьми – прим. пер.
Теперь предположим, что при анализе обнаружится, что один важный ген в оплодотворенной яйцеклетке поврежден, и здоровый человек из нее не вырастет, но остальные гены – настолько хороши, что будь их обладатель здоров, он оказался бы совершенным существом. С точки зрения человечества было бы непростительно терять такой образец из-за одного-единственного дефектного гена. Нельзя ли будет заменить этот поврежденный ген на здоровый, взяв последний из какого-нибудь генетического банка?
В 1964 году Мюриэл Роджер из Университета Рокфеллера объявил о том, что ему удалось перенести отдельный ген из одной бактериальной клетки в другую. В результате такой генетической трансплантации клетка-рецепиент обрела способность вырабатывать новый для себя фермент. Так что идея генетического переноса в принципе не является нереализуемой.
Теперь предположим, что в некоей оплодотворенной яйцеклетке имеется не один, а несколько поврежденных генов, слишком много, чтобы из нее можно было получить полноценного человека. Но, допустим, ни один из этих дефектных генов не относится к работе, скажем, сердца, или почек. Нельзя ли взять отдельно здоровые гены и вырастить на их основе именно эти органы – для будущих трансплантаций?
Звучит дико, но наука развивается страшно быстрыми темпами. Огромного, немыслимого прогресса удается достичь всего за несколько десятилетий. Шестьдесят лет спустя после неуклюжего полета аппарата братьев Райт уже имелись реактивные самолеты, способные облететь весь земной шар. Сорок лет спустя после того, как Роберт Годдард поднял свою первую ракету на жидком топливе на высоту 50 метров, запущенные человеком ракеты летели уже дальше Марса.
Так кто сейчас может сказать, каким будет уровень биологической инженерии к 2000 году, до которого многие из нас к тому же и не доживут?
Конечно, возможности, связанные с биоинженерными успехами, не могут не вызывать и опасений. Хватит ли наших знаний для того, чтобы играть с жизнью и смертью, подобно Богу?
Может, и не хватит. Но человеку рисковать не впервой. Он уже рискнул уподобиться Богу, когда впервые начал с помощью силы своего разума изменять окружающий мир. Одомашнив животных, изобретя земледелие и начав строить города, человек создал цивилизацию. Это коренным образом изменило все существование человека. Да, эти изменения привели к возникновению проблем, которых раньше не было, но в целом жизнь изменилась к лучшему и возвращения назад к варварству не хочет никто.
И потом, когда люди создали паровую машину, приручили электрический ток, придумали двигатель внутреннего сгорания и разработали атомную бомбу, получение каждой из этих технологий все дальше отдаляло человека от исходного положения. При этом возникли просто огромные проблемы, но опять же, мало кто захочет вернуться обратно в доиндустриальную эпоху.
Несомненно, эра биологической инженерии принесет в нашу жизнь еще больше принципиальных перемен и новых проблем, но примеры прошлого показывают, что человеку свойственно справляться с такими изменениями, получая от них гораздо больше благ, чем рисков.
Кроме того, если суть этих перемен будет в том, что человек возьмется улучшать себя самого, то и с возникающими по ходу проблемами управляться будет уже человек улучшенный.
Каждое предыдущее усовершенствование будет облегчать работу по следующему, и, двигаясь по этой восходящей спирали, человек может наконец достичь желанной чистоты и окунуться в солнечное будущее безграничных возможностей.
<<... предыдущая стр. :: следующая стр...>>
п»ї1 :: 2 :: 3 :: 4 :: 5 :: 6 :: 7 :: 8 :: 9 :: 10 :: 11 :: 12 :: 13 :: 14 :: 15 :: 16 :: 17 :: 18 :: 19 :: 20 :: 21 :: 22 :: 23 :: 24 :: 25 :: 26 :: 27 :: 28 :: 29 :: 30 :: 31 :: 32 :: 33 :: 34 :: 35 :: 36 :: 37 :: 38 :: 39 :: 40 :: 41
| |
| |
|
|
|
