| |
 |
Глава 12
Будущее
Клеточная инженерия
Пожалуй, попытки увидеть будущее в хрустальном шаре - это самое рискованное изо всех возможных занятий. Но оно же является и самым захватывающим. Лишь самые сильные духом и разумом люди могут удержаться от возможности попророчествовать, когда таковая представляется. Я в этом отношении не особенно сдержан, поэтому попробую, скрестив пальцы, заглянуть в будущее.
Мы находимся на пороге самых плодотворных достижений за всю историю биологии. Сейчас решены проблемы, еще лет двадцать назад казавшиеся неразрешимыми, и достижения, о которых можно было только мечтать, стали явью, а наука движется вперед такими темпами, каких человечество не видывало еще за всю свою историю.
Ученые уже используют фрагменты клеток для производства специфичных белков. Нет никаких принципиальных препятствий против того, чтобы производить таким образом вообще любые белки. Это возможность, которой мы обладаем уже сейчас, дает нам независимость от форм жизни.
Взять хотя бы молекулу инсулина. Это вещество, необходимое для контроля над сахарным диабетом. От него зависит жизнь миллионов диабетиков. Сейчас его получают из поджелудочной железы забитых животных - быков и свиней. В мире на мясо забивается достаточно скота, чтобы инсулина хватило на всех нуждающихся.
Однако представим, что рост населения заставит будущие поколения перейти на растительную пищу. Тогда инсулин брать будет неоткуда.
В таком случае, получив из бычьей поджелудочной железы инсулинопроизводящие клетки, выделив нужную ДНК и рибосомы, и собрав все остальное, мы сможем устроить "химическую фабрику", на входе получающую аминокислоты, а на выходе - готовый инсулин, причем для этого не нужно будет ни целого животного, ни даже целой поджелудочной железы.
То есть, не то, чтобы животное вообще исключается из такой схемы получения инсулина. Ведь изначальная ДНК и рибосомы должны быть получены из настоящей поджелудочной железы. Но после того, как они уже получены, мы сможем поддерживать работу нашей клеточной машины очень долго, и наша зависимость от животных резко уменьшится.
Возможно, нам удастся даже заставить саму ДНК реплицироваться. Тогда о поджелудочной железе, как об органе животного, можно будет просто забыть - достаточно будет просто поддерживать самообновляющуюся систему.
Не исключено, что этот день уже не за горами, поскольку в августе 1962 года Джордж Кочрен из университета штата Юта объявил о том, что ему удалось создать молекулу нуклеиновой кислоты из нуклеотидов с помощью клеточных фрагментов без участия целой клетки. Полученная в результате нуклеиновая кислота оказалась вполне жизнеспособным существом - это была нуклеиновая кислота вируса табачной мозаики, и молекулы, синтезированные Кочреном, продемонстрировали свою способность инфицировать лист.
Разумеется, производить подобным образом можно будет не только инсулин. Множество других промышленно значимых химических реакций проводятся с помощью ферментов. Как правило, при этом используются ферментативные и синтезирующие возможности бактерий, плесеней и прочих микроорганизмов. Однако, в каждом микроорганизме ежесекундно происходят, помимо нужных нам, тысячи других реакций, необходимых ему самому, и отвлекающих его ресурсы от той единственной задачи, что ставит ему человек.
Если же мы установим систему из нуклеиновых кислот и ферментов, который будут делать совершенно определенную работу по одной-единственной реакции, она станет для нас чем-то вроде в высшей степени специализированного микроорганизма, не имеющего собственных потребностей, безустанно работающего на нас молекулярного раба. Для решения этой задачи разовьется совершенно новое научное направление - клеточная инженерия.
Мы научимся даже создавать новые задачи для нуклеиновых кислот. После тонкой обработки температурой, радиацией или химическими веществами, мутировавшие нуклеиновые кислоты будут производить уже другие белки. Конечно, большинство таких белков не будут иметь никакого практического значения, но вполне возможно, что среди них окажутся и нужные для чего-нибудь нео-белки, которые будут выполнять задачи, прежде решаемые с помощью других белков, быстрее и эффективнее, а может быть - выполнять и совершенно новые задачи.
Если заглянуть совсем далеко вперед, то можно увидеть день, когда производство нео-белков будет осуществляться не методом научного тыка. Если мы будем достаточно знать о строении белка, то в конце концов мы сможем заранее просчитывать, белок какой структуры будет необходим для осуществления той или иной задачи, которую не способен выполнять ни один из существующих белков. Затем, если мы хотя бы в минимальных количествах научимся синтезировать соответствующую нужной белковой структуре нуклеиновую кислоту, то производство самого белка можно будет считать уже налаженным.
В какой-то степени мы находимся сейчас в том же положении, что и, скажем, в 1820 году. Тогда можно было предсказать, что в некотором будущем химики научатся синтезировать органические вещества; что, научившись, они будут тысячами создавать вещества, в природе не существующие, что такие вещества можно будет специально создавать под конкретную задачу. Уже тогда можно было предсказать, что через полтора столетия в общее употребление войдут никогда не встречавшиеся в природе синтетические краски, синтетические нити, синтетические пластмассы и синтетические лекарства, многократно превосходящие любые натуральные аналоги. Однако, звучали бы такие прогнозы невероятной фантастикой.
Сейчас же мы можем предсказать то же самое, но в отношении более тонкого и таинственного предмета - белковой химии.
Конечная цель
Перед человечеством открываются новые перспективы не только в области появления новых химических технологий. Знание порождает новое знание, и молекулярная биология имеет поистине сказочное будущее.
Если удастся в достаточном количестве изолировать необходимую матричную РНК и определить управляющий ею фермент, то по матричной РНК можно будет определить и сформировавшую ее ДНК. Таким образом, будет открыт путь для составления "карты хромосом". Конечно, сделать это будет нелегко. Однако начало такой работы уже положено. В 1962 году Роберт Эдгар из Калифорнийского Технологического Института объявил о том, что сумел установить расположение около половины генов определенного вируса путем разработки ферментов, производимых каждым из них. Строго говоря, он использовал в своей работе не матричную РНК, а другие, мутационные, методики. К тому же в этом вирусе всего-то около 100 генов, а у человека их может быть и 150 000 (1) . Но мы же находимся только в начале пути! А в конце этого пути, возможно, будет определена каждая молекула ДНК в каждой хромосоме. (2)
(1) Напомним, что результаты проекта "Геном человека" свидетельствуют о 30 000 - 50 000 генов. - прим. пер.
(2) Что и было проделано в ходе амбициознейшего международного проекта "Геном человека". Проект 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.
Далее прогресс будет двигаться в нескольких разных направлениях. Будут, например, размечены хромосомы различных тканей, что решит, наконец, мучающую ученых проблему причин, отличающих одну ткань от другой.
Такой сложный организм, как человеческий, начинается с единой оплодотворенной яйцеклетки, но с двойного набора генов. Более пятидесяти триллионов клеток взрослого человека вырастают именно из нее всего за 47 последовательных циклов деления.
Можете сами проверить - после первого цикла деления клетка превращается в две, после второго - в четыре. Проведите эту процедуру 47 раз и посчитайте, сколько получится - если, конечно, у вас хватит терпения.
При каждом цикле деления хромосомы реплицируются, так что все клетки организма содержат одинаковый набор генов. Соответственно, следовало бы ожидать, что и образование ферментов, и все химические механизмы в них будут протекать одинаково.
Но это не так. Клетки каждого органа и каждой ткани в органе производят собственные ферменты и обладают собственными уникальными свойствами. Нервная клетка, почечная клетка, клетка слюнной железы - все они отстоят от первоначальной оплодотворенной яйцеклетки на 47 циклов деления, и при этом как же они отличаются друг от друга!
Химическая подоплека такого развития сейчас только начинает изучаться. До последнего времени не было известно, теряют ли клетки различных тканей наборы генов в процессе дифференциации, или обладают полным набором, часть генов в котором подавлена или нейтрализована.
Однако недавние эксперименты свидетельствуют в пользу последнего предположения. Ученые из Оксфорда провели следующий эксперимент: они убивали ядро яйцеклетки лягушки ультрафиолетовым излучением, а затем вставляли вместо него ядро, взятое у эмбрионов лягушки, или даже у только что вылупившихся головастиков. Тридцати процентов ядра клетки эмбрионов оказалось достаточно, чтобы началось деление яйцеклетки и вырастали нормальные взрослые лягушки. Четырех процентов от ядра клетки желудочной стенки только что вылупившегося головастика тоже оказалось достаточно! Очевидно, что даже после окончательной дифференциации в ядре клетки лягушки сохраняется полный набор генов, необходимый для производства полноценной лягушки. (1)
(1) Сейчас подобное - клонирование методом переноса ядра - осуществимо и в отношении ряда млекопитающих, причем в отношении, скажем, кошек, это уже поставлено на коммерческую основу для всех желающих. Американская компания Genetic Savings & Clone всего за 30 тысяч долларов готова утешить любого владельца только что погибшей кошки, вырастив точную копию умершего животного на основе ядра клетки, взятой из слизистой оболочки ротовой полости трупа. - прим. пер.
Работа Ру-чи Хуанга и Джеймса Боннера из Калифорнийского Технологического Института свидетельствует о том же. Они исследовали белковую составляющую хромосом и обнаружили, что в некоторых случаях посредством удаления определенных видов присутствующего в хромосоме белка удается увеличить производство матричной РНК. Соответственно, логично предположить, что некоторые белки работают, как "блокираторы", подавляя действие определенных молекул нуклеиновой кислоты. В таком случае, любая сколь угодно специализированная клетка может содержать полный набор генов, а в дополнение к нему - индивидуальный набор белков-ингибиторов, подавляющих в нервных клетках - действие одних генов, в мышечных - других, и т. д.
Если это окажется именно так, то мы можем научиться и "разблокировать" заблокированные гены. Тогда мы, возможно, научимся когда-нибудь отращивать ампутированные конечности, заставляя клетки де-дифференцироваться и дифференцироваться заново? Сможем ли мы, взяв образцы эмбриональной ткани или оплодотворенных яйцеклеток, выращивать их них сердца или почки для трансплантации? (1)
(1) Клетки, о которых говорит автор - недифференцированные, содержащиеся в эмбрионах, и, в гораздо меньшем количестве - в организмах взрослых людей, называются сегодня "стволовыми". Работы в этом направлении на данный момент еще далеки от завершения. Управлять дифференциацией клеток пока получается плохо, и имеются лишь отдельные частные достижения - так, например, с помощью стволовых клеток, получаемых из пуповинной крови, можно добиться частичной регенерации миокарда после инфаркта, но в целом до появления отработанных общераспространенных методик пока далеко. - прим. пер.
И речь идет не только об исцелении калек, но и об улучшении состояния здоровья всех людей. Мы сможем выправлять гормональный дисбаланс, сможем полностью победить рак.
В хромосомах можно будет заранее определять наличие того или иного наследственного заболевания или нарушения химического баланса на клеточном уровне, таким образом, диагностируя заранее те болезни, которые могут развиться только во взрослом возрасте. (1) Диагностировать дефект возможно будет даже у тех людей, у кого в жизни не возникнет непосредственного проявления симптомов, поскольку они будут подавляться здоровой парной хромосомой - такая диагностика не является бессмысленной, поскольку заболевание может в полной мере проявиться у детей носителя.
(1) А вот это - уже вполне реальная и распространенная процедура, более того - рутинная при искусственном оплодотворении, когда решается вопрос выбора эмбриона для рождения ребенка. Правда, в некоторых странах, сильно подверженных религиозному влиянию, генетический скрининг запрещен законодательно из псевдоэтических соображений. - прим. пер.
Можно дойти в наших рассуждениях до такого будущего, когда все будут в общепринятом порядке подвергаться генному анализу, как сейчас все поголовно вакцинируются. В итоге мы можем прийти и к появлению рациональной базы для евгеники - действий с целью устранения нежелательных генов и распространения желательных.
Возможно, на основе поголовного генного анализа населения удастся выявить и физиологическую подоплеку душевных болезней. Может быть, удастся установить комбинации генов, обеспечивающие высокий интеллект, творческие способности, и все те качества, о которых только может мечтать человек.
Наступит ли тот день, когда мы достигнем своей окончательной цели и сможем сами разумно и целенаправленно творить нашу дальнейшую эволюцию, достигая все более и более совершенного состояния?
<<... 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
| |
| |
|
|
|
