У человечества есть несколько ”ящиков Пандоры”, которые лучше не открывать. Если даже желание или необходимость его открыть все же появились, то делать это надо с максимальной осторожностью. Одним из таких ящиков является генная инженерия и редактирование генома. Кажется, что в этой истории все красиво.
Мы можем получить лекарство от всех болезней, можем стать супер людьми, можем получить потомство, которое будет в десятки раз лучше нас, и многое другое. Можем даже избавить себя от необходимости искать элексир бессмертия, просто немного подправив гены еще до рождения.
Можно подумать, что это дивный мир, которого мы достойны, но не спешите радоваться, ведь как в известной присказке, мы можем получить ”мир, который мы заслужили”. Естественно, в плохом смысле.
Открывая этот ящик, мы можем сделать так, что уже никогда не станем прежними, но где гарантии, что новые ”мы” действительно будем лучше и не приведем сами себя к закату человечества?
Редактирование генома — это изменение всего.
Генная инженерия
Сейчас все большее количество правительств разных стран готовится к тому, чтобы разрешить эксперименты по редактированию генома на эмбрионах человека. Некоторые страны уже даже разрешили это, например, Великобритания.
Справедливости ради, пока мы не говорим о полностью готовом человеке с измененными генами, но все к этому идет. Вы же понимаете? Пока Великобритания разрешает ставить эксперименты только над эмбрионами, выращенными в лабораторных условиях. При этом они обязательно должны быть уничтожены через 14 дней после начала эксперимента.
То есть формально нам это ничем не угрожает. Вопрос только в том, для чего это нужно тому, кто это разрешил. Явно не из любопытства. Что-то подсказывает, что как и многие передовые разработки, сначала это будет применяться в военных целях, ведь именно так можно получить универсального солдата. Он не будет хотеть есть или пить. Он не будет уставать или бояться взрывов.
Небольшая корректировка генов и супер-солдат готов.
Жизнь на Земле могла появиться в результате гибрида молекул ДНК и РНК
Более того! Такой способ воздействия, если человечество ему научится, может выйти из-под контроля. Или просто ”не в тех руках” это может стать оружием геноцида.
Как видим, мрачных последствий куда больше, чем радужных. Поэтому прежде, чем делать что-то подобное, надо основательно взвесить все за и против. Даже клонирование на фоне этого может показаться милой забавой.
Хотя изначально все были против этого.
Может не надо это трогать?
Но может все же что-то положительное в этом есть и можно дать шанс ученым доказать, что они не зря открывали инструменты редактирования? Какие преимущества редактирование генов может принести человеку?
Защита от вирусов на уровне ДНК
В основе редактирования генов и понимания того, зачем это вообще нужно, стояли исследования бактерий, которые показали, как они вырабатывали защиту от бактериофагов. Ученых особенно интересовало, как эта защита влияет на цепочки ДНК и при этом переносится на новые поколения бактерий.
Название бактериофагов происходит от древнегреческого ”пожираю”. Название не случайно, ведь это вирусы, которые избирательно поражают клетки бактерий и архей.
Также бактерия служит местом размножения вируса. Бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала. Общая численность бактериофагов в природе примерно равна общей численности бактерий.
Бактериофаги оказывают больше влияние на эволюцию бактерий.
Более того, определенные признаки изменения генов нашли изначально у бактерии кишечной палочки. Ученые заметили определенные повторяющиеся фрагменты, которые были разделены спейсерами, но тогда объяснить этого не смогли. Позже подобную структуру-кассету нашли и у других представителей прокариот.
Тогда им и дали сокращенное название CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). В переводе на русский это может звучать, как КППРРГ (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами).
Такое сокращение выглядит просто ужасно и проще пользоваться емким словом CRISPR.
Позже выяснилось, что те самые спейсеры очень похожи на куски ДНК вирусов-бактериофагов и являются частью защитного механизма бактерий, выработанного в ходе эволюции.
Ученые предложили механизм, при котором белок Cas, ассоциированный с CRISPR, позволяет находить чужеродную ДНК, когда вирус попадает в клетку бактерии.
Если ДНК вируса соответствует информации, которая есть у бактерии, то в этом случае чужая ДНК разрезается и заражение предотвращается.
Бактериофаги не просто живут за счет бактерий, но и размножаются в них.
Ученые провели ряд экспериментов, в ходе которых меняли геном бактерий и наблюдали, как на них воздействуют другие бактериофаги. Результаты доказали, что механизм работает именно так, как они думали.
Также они подтвердили, что когда бактерия сталкивается с новым для себя вирусом, она может вырезать часть его ДНК и вставлять их в свою CRISPR-кассету.
После чего эти ”записи” передаются потомкам.
Как можно редактировать геном
Ученые предлагали несколько способов редактирования генов. В частности можно было создавать определенные искусственные последовательности, которые могли бы узнавать определенные участки ДНК.
В результате белок Cas9 вносил бы разрезы точно в те места, в которых это требовалось.
Параллельно с разработкой такого метода было доказано, что внесение изменений подобным образом возможно не только на уровне бактерий, но и в клетках других организмов.
Что такое тест ДНК, как его делают и для чего он нужен?
Есть и другие способы редактирования генома. Например, с помощью искусственных ферментов, которых не существует в природе, но которые способны расщеплять цепочку ДНК. Их еще называют цинковыми пальцами. Все из-за того, что этот белковый модуль включает в себя один или несколько ионов цинка.
Редактировать гены возможно, но это сложно.
Такой способ требовал сложного подхода и долгой подготовки. Для каждого разреза в определенных участках генома надо было синтезировать специфичный белок.
Кроме того, подобный способ редактирования часто приводил к ошибкам, так как разрезы часто происходили не в тех местах, где было нужно.
Это лишний раз доказывает то, что вероятность ошибки очень высока, а неточности на начальных этапах могут привести к тому, что сбои будут идти, как снежный ком.
Редактирование генома CRISPR
Система CRISPR-Cas с точки зрения редактирование генома более простая и надежная. Главное только правильно синтезировать то, что укажет, в каком месте надо совершить разрез ДНК. Дальше запустится механизм восстановления и все сделается практически само собой. Тем более, если сделать много таких разрезов, то можно запрограммировать нужные изменения достаточно крупного участка ДНК.
Можно даже убирать целые участки ДНК, если это потребуется. При этом, на место удаленных фрагментов будут встроены те участки, которые будут нужны генетикам. Это позволит редактировать ”сломанные” последовательности, которые приводят к тяжелым заболеваниям. В теории надо будет просто заменить нужный фрагмент и все должно стать нормально.
Может ли ДНК саламандры помочь в восстановлении потерянных конечностей человека?
Сами понимаете, что первым вопросом будет ”а можно ли встроить нужную часть кода?” Конечно, со временем и это станет возможно. Вот тогда и могут начать получаться целые новые народы.
Но, скорее всего, дело ограничится небольшой группой узких специалистов, вроде людей, которые смогут выдержать полеты к другим планетам, или солдат, которые не будут уставать. Люди найдут, как извлечь из этого выгоду.
Особенно правительства и инвесторы, которые вкладывают в разработки огромные деньги. И далеко не все из них делают это, чтобы избавить человечество от болезней. Увы, но реальность такова.
Применение генной инженерии в промышленности
Более того, можно смело говорить о том, что генное модифицирование уже применяется на практике для достижения определенных результатов. Я говорю о генно-модифицированных организмах — ГМО.
Самым простым примером, как для понимания преимуществ метода, так и для самих генетиков является создание модифицированных кисломолочных бактерий.
Дело в том, что когда на производстве вирусы бактериофаги попадают в закваску, они уничтожают культуру полезных микроорганизмов. В итоге это приводит к тому, что партия оказывается испорченной, а производитель несет огромные убытки.
Именно поэтому устойчивые к бактериофагам микроорганизмы решают массу проблем.
Если бактериофаги попадают на производство, пропадают просто огромные объемы продукции.
Ретровирусные инфекции
Относительно недавно я уже рассказывал о том, как мы все являемся носителями ретровирусов или, как их еще называют, реликтовых вирусов. В том числе к ним относится и ВИЧ, который миллионы лет назад встроил свой геном в наши ДНК и мы продолжаем передавать его из поколения в поколение.
В журнале Scientific Reports даже была опубликована работа, которая показывает, как при помощи CRISPR-Cas9 можно избавиться от этого наследства и даже ликвидировать возможность повторного встраивания вируса в ДНК.
Китайские ученые даже проводили эксперименты в этом направлении и обеспечили рождение двух генно-модифицированных человек. Ими стали девочки близнецы, один из родителей которых был ВИЧ-положительным. В итоге, они родились с устойчивым иммунитетом к вирусу. Проблема в том, что эксперимент был за гранью законности, но в целом все получилось.
Найдено живое ДНК динозавра. Возможно ли это?
Также в другой работе, опубликованной в Nature Biotechnology, доказывается, что при помощи модифицированного белка Cas9 можно отключать гены, которые мешают нормальному перерождению клеток и приводят к злокачественным образованиям. То есть потенциально это может стать долгожданным лекарством от рака. Вот только не привело бы такое вмешательство к тому, что воспроизводство новых клеток станет еще хуже.
Стоит ли запретить генетические исследования
Конечно, сейчас нельзя говорить о том, что уже завтра мы рискуем получить нежелательные последствия редактирования генома. Во-первых, исследования еще только ведутся и чего-то действительно серьезного не сделали.
Во-вторых, даже когда начнется массовое применение технологий на людях, понять истинные последствия можно будет только через несколько поколений. К сожалению, такое положение дел может расслабить некоторых ученых, ведь по сути у них не будет никакой ответственности.
Впрочем, это вряд ли, но вероятность этого все равно есть.
Главное не вестись на кажущуюся легкость редактирования генов. Неизвестно, во что потом это выльется.
Пока ученые с осторожность прогнозируют вероятность внесения таких изменений в геном человека, которые сделают из него кого-то другого, но в перспективе это все равно возможно. Если даже в этом не поможет CRISPR, найдется другой способ, но он будет.
Тут уже можно поднимать вопросы этичности того, что одни люди изначально будут от рождения лучше других. Кроме этого, возникают вопросы, насколько это корректно — вмешиваться в геном человека без его ведома.
Может быть, когда из модифицированного появится человек, который отличается от остальных, он сам будет не рад этому. Одно дело, когда у него от природы определенный цвет волос, разрез глаз и форма ушей, а другое — когда за него кто-то решил, каким он должен быть. Вот еще одна дилемма будущего.
А решать, стоит ли запрещать редактирование генома, вам. Каждый имеет свое мнение, которым можно и нужно поделиться в нашем Telegram-чате.
Микрочипы в вакцинах? Анализ крови даёт удивительные результаты
Дискуссии о вакцинах и вакцинации от COVID-19 не затухают, а, наоборот, становятся всё более горячими. Даже серьёзные медики сомневаются, что у них есть полное представление о составе тех препаратов, которыми делаются прививки. Что же там находится на самом деле?
Скепсис российских медиков лишь усилился после недавнего заявления академика А. Гинцбурга (Институт Гамалеи, разработчик линейки «Спутников»). Он упомянул какие-то «маркеры» в препарате «Спутник V», которые позволяют определить, кто вакцинацию проходил, а кто лишь купил справку о вакцинации. Об этих «маркерах» в официальной информации о «Спутнике V» ничего не говорится.
Масла в огонь споров и сомнений по вопросу о составе прививочных препаратов добавила конференция учёных-патологоанатомов, которая прошла 20 сентября этого года в Германии в Институте патологии в Ройтлингене (Pathologischen Institut in Reutlingen). В мероприятии, как отмечают СМИ, участвовало от 30 до 40 специалистов, в том числе из Австрии. Ключевыми фигурами были:
- Профессор, доктор Арне Буркхардт (Prof. Dr. Arne Burkhardt). Возглавлял институт патологии в Ройтлингене в течение 18 лет, после чего работал практикующим патологоанатомом. Профессор опубликовал более 150 статей в специализированных журналах и в медицинских справочниках. Также сертифицировал институты патологического профиля.
- Профессор, доктор Вальтер Ланг (Prof. Dr. Walter Lang). Работал патологоанатомом в Ганноверской медицинской школе с 1968 по 1985 год. В течение 25 лет возглавлял частный институт патологии в Ганновере.
- Профессор, доктор Вернер Берггольц (Prof. Dr. Werner Bergholz). Он в отличие от первых двух профессоров не медик, а специалист в области микроэлектроники: 17 лет работал в корпорации Siemens. В последнее время также выступает как эксперт по медицинской статистике.
Скриншот страницы pathologie-konferenz.de/en/
В центре внимания участников конференции были результаты вскрытий восьми умерших после вакцинации от COVID-19, которые проводились в этом году под руководством профессора Арне Буркхардта.
Результаты упомянутых вскрытий удивительным образом подтверждают выводы коллеги Арне Буркхардта профессора, доктора Питера Ширмахера (Prof. Dr. Peter Schirmacher). Последний сделал вскрытия более 40 умерших, имевших инфицирование вирусом ковида.
Питер Ширмахер уверенно заявил, что около трети из них умерли не от ковида, а от вакцинации против ковида.
Эти заявления были сделаны летом, власти и подконтрольные им СМИ пытались замолчать или опровергать выводы профессора. И вот подоспела конференция патологов в Ройтлингене, которая вновь вскрыла смертельную опасность вакцинаций против ковида.
Они уже в нас
Конференция транслировалась по видеосвязи. На ней были представлены многочисленные фотографии и рисунки, наглядно дополнявшие картину, которую описывали выступавшие патологи.
Анализ тонких тканей умерших проводился с помощью специального, так называемого «темнопольного» микроскопа. Он позволил выявить содержание в тканях посторонних микрочастиц, которые по форме представляют собой явно неживые структуры достаточно правильной геометрической формы. Внешне они выглядят… как микросхемы!
Скриншот кадра видео Cause of death after COVID-19 vaccination & Undeclared components of the COVID-19 vaccines / odysee.com
Версий появления таких инородных объектов две. Либо они были введены в кровоток готовыми, либо сформировались в организме человека из наночастиц, содержащихся в вакцине. Случайное попадание посторонних частиц в тело человека исключается, поскольку одни и те же инородные объекты выявлены у всех умерших после вакцинации.
Упомянутый выше профессор, доктор Вернер Берггольц как специалист по микрочипам высказал своё мнение по поводу «открытия» патологов. Он не исключает возможности использования выявленных в тканях умерших частиц в качестве тех самых «маркеров» и «идентификаторов», о присутствии которых в вакцинах высказывали подозрения сторонники так называемой «теории заговора».
Pfizer с дополнениями
Это размышление профессора вполне корреспондирует с мнением тех специалистов, которые пытались и пытаются выявить «маркеры» вакцин без вскрытия, путём углублённого химического и физического изучения самих препаратов.
Есть ряд исследований, в которых говорится об обнаружении в составе по крайней мере двух препаратов – Pfizer и Moderna (мРНК-вакцины) – графена (также оксид графена), который никакой медицинской роли не выполняет, но вполне годится на роль «маркера», «идентификатора». Масла в огонь добавило заявление Карен Кингстон (Karen Kingston), бывшей сотрудницы компании Pfizer.
Кингстон утверждает, что хотя и в патентах на вакцину Pfizer оксид графена не упоминается, он фигурирует в ряде сопроводительных документов.
Скриншот кадра видео Stew Peters show «Former Pfizer Employee Confirms Poison in COVID ‘Vaccine’»/ redvoicemedia.com
Ещё одно направление изучения «пытливыми скептиками» необъявленных производителями вакцин компонентов и свойств препаратов – попытки идентифицировать получивших вакцины людей с помощью специальных технических средств. Та яростная энергия, с которой «Силиконовая мафия» (ведущие IT-корпорации, контролирующие интернет и социальные сети) удаляет публикации подобного рода, также наводят на мысль, что нет дыма без огня.
Трудно поверить, что сказанное на конференции в Ройтлингене по поводу инородных частиц в прививочных препаратах – лишь «дым», который быстро рассеется. Дыма без огня не бывает. Просто этот огонь тщательно скрывают. До того момента, когда начнется вселенский пожар, который уже не остановишь.
Участники конференции приняли резолюцию с призывом к властям Германии, Австрии и других стран начать проводить массовые патологоанатомические исследования умерших после вакцинаций от ковида, обращаться с соответствующими запросами к производителям препаратов и, конечно же, немедленно остановить дальнейший процесс прививок от COVID-19 до полного прояснения вопроса.
Казалось бы, при чём тут Гейтс?
Идея вживления микрочипа в тело человека через прививочный укол вынашивалась мировой элитой давно. В «Prevent Disease.Com» (электронном издании США, специализирующемся на разоблачении планов американской и международной «медицинской мафии») ещё в 2009 году появилась статья «Are Populations Being Primed For Nano-Microchips Inside Vaccines?».
Название статьи на русском: «Подталкивается ли население к принятию наночипов, упрятанных в вакцины?». Как отмечалось в указанной статье, ещё в последние годы ХХ века удалось разработать микрочипы нового поколения, основанные на использовании нанотехнологий.
Сверхкомпактные (не больше пылинки, радиус порядка 5 микромиллиметра, что примерно в 10 раз меньше радиуса волоса) и недорогие.
Вот что, в частности, говорилось в указанной выше статье: «Запущенный Всемирной организацией здравоохранения сценарий с пандемией свиного гриппа как нельзя лучше подходит для пропаганды и принуждения населения добровольно согласиться на введение микрочипов через нановакцины. Всё это будет сделано под лозунгом «высшего блага» для человечества».
Пять лет тому назад была запущена частно-государственная инициатива под кодовым названием «ID2020». Её инициатором был Билл Гейтс, основатель и руководитель IT-корпорации Microsoft, одновременно основатель и руководитель крупнейшего в США благотворительного фонда. Инициатива была поддержана ООН.
Суть её проста – провести глобальную цифровую идентификацию населения для того, чтобы мировая элита могла его держать под своим контролем.
В первых выступлениях Билла Гейтса как главного энтузиаста тотальной цифровой идентификации он не скрывал, что идентификация через чипизацию является самым простым и надёжным способом решения поставленной задачи.
Но встретив непонимание и даже гневные протесты со стороны ряда политиков и общественных деятелей, Гейтс больше эту идею не озвучивал. И, как считают некоторые эксперты, продолжал её двигать, давая деньги на разработки наночипов, которые станут «бесплатной добавкой» к прививочным препаратам.
Решением задачи «наночип и вакцина в одном флаконе» занимались совместно, в тесной кооперации две структуры, находящиеся под контролем Билла Гейтса: упомянутое выше частно-государственное партнёрство «ID2020» и Альянс по вакцинациям GAVI (также частно-государственное партнёрство).
Уже в 2018 году все упоминания о наночипах в составе вакцин были удалены с сайтов «ID2020» и GAVI.
Что с того?
- Хотя с конференции в Ройтлингене прошло почти два месяца, вы наверняка ничего про неё не слышали – и это яркий пример контроля, установленного «Силиконовой мафией» над каналами распространения информации.
- Видео и другие материалы конференции блокируют всеми возможными способами, а там, где нельзя заблокировать, выступают с плакатными «разоблачениями» прозвучавших там «фейков».
- Чего только не сделаешь ради воспитания в людях доверия к «спасительным» вакцинам!
Бактерии-камикадзе борются с раком
Юлия Коровски, XXII ВЕК, по материалам EurekAlert! – Synthetic biology used to limit bacterial growth and coordinate drug release
Учёные Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego) и Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) вывели микроорганизмы, способные вырабатывать противораковые препараты.
Попадая в организм, бактерии самоуничтожаются и выделяют лекарство в область опухоли. Новый метод в сочетании с химиотерапией продлил жизнь лабораторных мышей на 50%. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature (Din et al.
, Synchronized cycles of bacterial lysis for in vivo delivery).
«Одна из целей лечения в синтетической биологии – направленно работать с очагами заболевания и минимизировать ущерб.
Кроме того, мы хотели доставить к поражённому участку значительную лекарственную нагрузку», – объясняет Джефф Хейсти (Jeff Hasty), один из авторов исследования.
Перспектива использования бактерий для доставки препаратов заманчива, поскольку они могут заселять труднодоступные участки опухоли, куда «не достаёт» традиционная химиотерапия.
Исследователи создали три бактериальных штамма. В микроорганизмы каждой линии они встроили ген, отвечающий за выработку противоопухолевого белка, и ген, запускающий процесс самоуничтожения (лизис).
Каждый штамм вырабатывал одно из лекарственных веществ, и в ходе экспериментов учёные выяснили, что наиболее эффективно работает комбинация всех трёх белков. Чтобы препараты подавляли рост опухоли, необходимо было контролировать размножение бактерий и поддерживать их популяцию на нужном уровне.
Для этого учёные использовали естественную способность микроорганизмов координировать своё поведение – чувство кворума.
Чувство кворума (англ. quorum sensing) – способность некоторых бактерий общаться и координировать поведение за счёт секреции молекулярных сигналов.
Например, оппортунистические патогенные бактерии Pseudomonas aeruginosa могут принимать общие решения для приспособления к особенностям среды и собственной защиты. Это делает их особо устойчивыми даже к большим дозам антибиотиков.
Формируемая бактериями биоплёнка, защищает целую колонию от попадания в неё вредных веществ, в том числе, антибиотиков.
Бактерии новых штаммов выделяют сигнальную молекулу AHL (N-Acyl homoserine lactones, N-ацил-гомосеринлактон), которая перемещается между клетками и «включает» нужные гены, в том числе те, что регулируют синтез самой молекулы.
Микроорганизмы начинают производить лекарство, и вырабатывают AHL, со временем AHL становится всё больше, и когда её концентрация превышает допустимый предел, бактерии самоуничтожаются и выделяют противоопухолевые вещества в организм.
Выжившие клетки вновь начинают делиться, и процесс повторяется.
После того, как тесты на клеточных линиях HeLa продемонстрировали, что вырабатываемые микроорганизмами белки действительно убивают раковые клетки, учёные приступили к экспериментам на лабораторных животных.
Опыты показали, что сочетание бактериальной и химиотерапии более эффективно сдерживает рост опухолей у мышей, чем любой из методов по отдельности. Однако исследователи отмечают, что вылечить животных с помощью нового подхода не удалось.
Комбинация препаратов и бактерий продлевала жизнь мышей на 50%, но как это лечение повлияло бы на людей, неизвестно.
Главное, чего удалось добиться учёным, – показать, что новый метод лечения действительно может работать.
«Комбинированная терапия не приводит к уничтожению опухоли, – констатирует Шибинь Чжоу (Shibin Zhou), сотрудник университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University), не принимавший участия в исследовании.
– Но идея разработки таких бактериальных цепей – очень прогрессивна. Она показывает, что эта концепция работоспособна, причём её можно применять для лечения не только раковых заболеваний».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru 22.07.2016
Генная инженерия: что это, методы, примеры, достижения | РБК Тренды
Современная генная инженерия позволяет «включать» и «выключать» отдельные гены, программируя новый генотип, в том числе, и человеческий. Это вызывает немало опасений, хотя многие открытия уже принесли человечеству пользу
Содержание:
Генная инженерия — это современное направление биотехнологии, объединяющее знания, приемы и методики из целого блока смежных наук — генетики, биологии, химии, вирусологии и так далее — чтобы получить новые наследственные свойства организмов.
Перестройка генотипов происходит путем внесения изменений в ДНК (макромолекулу, обеспечивающую хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) и РНК (одну из трех основных макромолекул, содержащихся в клетках всех живых организмов).
Если внести в растение, микроорганизм, организм животного или даже человека новые гены, можно наделить его новой желательной характеристикой, которой до этого он никогда не обладал.
С этой целью сегодня генная инженерия используется во многих сферах.
Например, на ее основе сформировалась отдельная отрасль фармацевтической промышленности, представляющая собой одну из современных ветвей биотехнологии.
История развития
Истоки
Основы классической генетики были заложены в середине XIX века благодаря экспериментам чешского-австрийского биолога Грегора Менделя.
Открытые им на примере растений принципы передачи наследственных признаков от родительских организмов к их потомкам в 1865 году, к сожалению, не получили должного внимания у современников, и только в 1900 году Хуго де Фриз и другие европейские ученые независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследственности.
Параллельно с этим шел процесс формирования знаний о ДНК.
Так, в 1869 году швейцарский биолог Фридрих Мишер открыл факт существования макромолекулы, а в 1910 году американский биолог Томас Хант Морган обнаружил на основе характера наследования мутаций у дрозофил, что гены расположены линейно на хромосомах и образуют группы сцепления. В 1953 году было сделано важнейшее открытие — американец Джон Уотсон и британец Фрэнсис Крик установили молекулярную структуру ДНК.
На подъеме
К концу 1960-х годов генетика активно развивалась, а ее важными объектами стали вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов, а в 1970-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК.
Генная инженерия как отдельное направление исследовательской работы зародилась в США в 1972 году, когда в Стэнфордском университете ученые Пол Берг, Стэнли Норман Коэн, Герберт Бойер и их научная группа внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки (E. coli), то есть создали первую рекомбинантную ДНК.
Техника ПЦР была впервые разработана в 1980-х годах американским биохимиком Кэри Маллисом. Будущий лауреат Нобелевской премии по химии (1993 года), обнаружил в специфический фермент — ДНК-полимеразу, который участвует в репликации ДНК. Этот фермент буквально считывает отрезки цепи нуклеотидов молекулы и использует их в качестве шаблона для последующего копирования генетической информации.
Новая эра
В 1996 году методом пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки на свет появилось первое клонированное млекопитающее — овца Долли. Это событие стало революционным в истории развития генной инженерии, потому что впервые стало возможным серьезно говорить о создании клонов и выращивании живых организмов на основе молекул.
Технологии генной инженерии
Генная инженерия за короткий срок оказала огромное влияние на развитие различных молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться на пути познания генетического аппарата.
Так, появилась технология CRISPR — инструмент редактирования генома. В 2014 году MIT Technology Review назвал его «самым большим биотехнологическим открытием века». Он основан на защитной системе бактерий, которые производят специальные ферменты, позволяющие им защищаться от вирусов.
«Каждый раз, когда бактерия убивает вирус, она разрезает остатки его генома, будь то ДНК или РНК, и сохраняет их внутри последовательности CRISPR, как в архив.
Как только вирус атакует снова, бактерия использует информацию из «архива» и быстро производит защитные белки Cas9, в которых заключены фрагменты генома вируса.
Если вдруг эти фрагменты совпадают с генетическим материалом нынешнего атакующего вируса, Cas9 как ножницами разрезает захватчика, и бактерия снова в безопасности», — поясняет Алевтина Федина, медицинский директор Checkme.
Уникальное открытие состоялось в 2011 году, когда биологи Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье обнаружили, что белок Cas9 можно обмануть. Если дать ему искусственную РНК, синтезированную в лаборатории, то он, найдя в «архиве» соответствие, нападет на нее. Таким образом, с помощью этого белка можно резать геном в нужном месте — и не просто резать, а еще и заменять другими генами.
Теоретически, технология CRISPR может позволить редактировать любую генетическую мутацию и излечивать заболевание, которое она вызывает. Но практические разработки CRISPR в качестве терапии еще только в начальной стадии, и многое еще непонятно.
Есть и другие методы генной инженерии, например, ZFN и TALEN.
- ZFN разрезает ДНК и вставляет туда заготовленный заранее новый фрагмент с помощью белков с ионами цинка (отсюда название — Zinc Finger Nuclease).
- TALEN делает то же самое, только используя TAL-белки. Для обеих технологий приходится создавать отдельные белки, а это очень долгая работа, поэтому пока два этих метода особого применения не нашли.
Где и как применяется генная инженерия
Медицина
Уже сейчас активно применяется инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекомбинантных ДНК. Клонированные гены человеческого инсулина были введены в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. С 1982 года компании США, Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин.
Кроме того, несколько сотен новых диагностических препаратов уже введены в медицинскую практику. Среди лекарств, находящихся в стадии клинического изучения, препараты, потенциально лечащие артрозы, сердечно-сосудистые заболевания, онкологию и СПИД. Среди нескольких сотен генно-инженерных компаний 60% заняты именно разработкой и производством лекарственных и диагностических средств.
«В медицине среди достижений генной инженерии сегодня можно выделить терапию рака, а также другие фармакологические новинки — исследования стволовых клеток, новые антибиотики, прицельно бьющие по бактериям, лечение сахарного диабета. Правда, пока все это на стадии исследований, но результаты многообещающие», — говорит Алевтина Федина.
Сельское хозяйство
В сельском хозяйстве одна из важнейших задач генной инженерии — получение растений и животных, устойчивых к вирусам. В настоящее время уже есть виды, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.
Еще одна задача связана с защитой растений от насекомых-вредителей. Путем генетической модификации растений можно уменьшить интенсивность обработки полей пестицидами. Например, трансгенные растения картофеля и томатов стали устойчивы к колорадскому жуку, растения хлопчатника — к разным насекомым, в том числе и к хлопковой совке.
Использование генной инженерии позволило сократить применение инсектицидов (препаратов для уничтожения насекомых) на 40–60%.
Благодаря генной инженерии зерновые культуры стали более устойчивы к климатическим условиям, кроме того появилась возможность увеличить количество витаминов и полезных веществ в продукте. Например, можно обогатить рис витамином «А» и выращивать его в тех регионах, где люди имеют массовую нехватку этого элемента.
С помощью генной инженерии пытаются решить и экологические проблемы. Так, уже созданы особые сорта растений с функцией очистки почвы. Они поглощают цинк, никель, кобальт и иные опасные вещества из загрязненных промышленными отходами почв.
Скотоводство
В Кемеровской области работа генетиков позволила получить устойчивое к вирусу лейкоза племенное поголовье высокопродуктивных животных.
Для проведения эксперимента кузбасские ученые отобрали здоровых коров черно-пестрой породы массой до 500 кг. Животным трансплантировали модифицированные эмбрионы, устойчивые к вирусу лейкоза.
В середине сентября 2020 года родилось 19 телят с измененными генами.
«В месячном возрасте была проведена оценка, которая показала, что телята отличаются от своих сверстников только устойчивостью к вирусу. Пять особей отобрали для дальнейшей селекционной работы.
Это позволит закрепить наследственные признаки устойчивости к вирусу лейкоза у последующих поколений», — пояснила руководитель проекта, доктор биологических наук, профессор кафедры зоотехнии Кузбасской ГСХА Татьяна Зубова.
По словам Зубовой, лейкоз крупного рогатого скота — вирусная хронически неизлечимая болезнь, при которой возникают поражение кроветворной системы и новообразования.
Данное заболевание наносит значительный ущерб генофонду пород и мясной промышленности в целом, потому что мясо зараженных животных запрещено употреблять в пищу.
Единственным доступным методом борьбы с лейкозом ранее было только уничтожение зараженного скота.
Этот успех позволяет говорить о том, что в дальнейшем будет возможно редактировать гены крупного рогатого скота и от других болезней.
С прицелом на человека
В 2009 году группа ученых под руководством молодого исследователя Джея Нейтца из Вашингтонского университета сумели с помощью генной терапии вернуть обезьянам способность различать оттенки зеленого и красного, которой они были лишены от рождения.
В область сетчатки глаза двух подопытных обезьян был введен безвредный вирус, несущий недостающий ген фоточувствительного рецептора.
Вскоре после процедуры обе обезьяны начали различать оттенки красного и зеленого на сером фоне.
Два года наблюдения не выявили у них каких-либо нарушений, поэтому ученые не исключают, что данную методику уже вскоре можно будет применять у людей, страдающих дальтонизмом.
Ученые шагнули еще дальше и уже пробуют выращивать в теле животных органы для трансплантации людям. Для минимизации риска отторжения тканей животным вводят специальные гены. Этими опытами занимается научная лаборатория Рослинского института в Великобритании, которая представила миру овцу Долли.
В 2019 году британские ученые вывели кур, яйца которых содержат два вида человеческих белков, способных противодействовать артриту и некоторым видам онкологических заболеваний.
В яйцах содержится человеческий белок под названием IFNalpha2a, обладающий мощными противовирусными и противораковыми свойствами, а также человеческий и свиной вариант белка под названием макрофаг-CSF, который планируют использовать для создания препарата, стимулирующего самостоятельное заживление поврежденных тканей.
Изменение ДНК человека
Первые клинические испытания методов генной терапии были предприняты 22 мая 1989 года с целью генетического маркирования опухоль-инфильтрующих лимфоцитов в случае прогрессирующей меланомы.
14 сентября 1990 года в Бетесде (США) четырехлетней девочке, страдающей наследственным иммунодефицитом, обусловленным мутацией в гене аденозиндезаминазы (АDA), были пересажены ее собственные лимфоциты.
Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови с помощью модифицированного вируса, в результате чего клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через шесть месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня.
После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения различных заболеваний. Уже сегодня с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию и некоторые виды онкологии.
Генная терапия
Генная терапия — введение, удаление или изменение генетического материала, в частности ДНК или РНК, в клетке пациента для лечения определенного заболевания.
Существует три основных стратегии использования генной терапии:
- Замена мутировавшего гена, вызывающего заболевание, здоровой копией.
- Инактивация или «выбивание» мутировавших генов, которые функционируют неправильно.
- Введение нового гена в организм, помогающего бороться с болезнью.
- Наиболее часто применяемый метод включает вставку «терапевтического» гена для замены «ненормального» или «вызывающего болезнь».
- В 2015 году впервые была проведена процедура изменения ДНК человека с целью продления молодости клеток, когда американке Элизабет Пэрриш 44 лет ввели в организм препарат, влияющий на ДНК, а в 2018 году китайский ученый Хэ Цзянькуй заявил, что с его помощью у двух детей-близнецов якобы изменены гены для выработки у них иммунитета к вирусу ВИЧ, носителем которого являлся их отец.
- Все это, с одной стороны, выглядит грандиозно и обнадеживает, но с другой, — вызывает опасения, ведь генетические манипуляции, теоретически, возможно использовать не только в благих и мирных целях.
- После эксперимента с ДНК близнецов в Китае, ЮНЕСКО выступила с инициативой о запрете изменения генов у новорожденных до того момента, пока достоверно не будет доказана безопасность таких манипуляций.
Этическая сторона вопроса
В 1997 году ЮНЕСКО выпустила Всеобщую декларацию о геноме человека и его правах, рекомендовав мораторий на генетическое вмешательство в зародышевую линию человека, а в декабре 2015 года на международном саммите по геномному редактированию человека изменение гаметоцитов и эмбрионов для генерации наследственных изменений у людей было объявлено безответственным.
Российское сообщество генетиков в большинстве своем считает, что такие эксперименты на данный момент преждевременны и требуют более глубокого исследования и обсуждений.
«Вопрос клонирования уже давно стоит на горизонте. Этично ли выращивать клонов, чтобы потом забирать их органы для трансплантации человеку… Большой вопрос.
Само собой, это абсолютно нормально, что нет единой точки зрения, ведь смысл подобных дискуссий как раз в том, чтобы найти правильные формулировки и отрегулировать потенциально спасительное, но при этом очень опасное знание», — говорит Алевтина Федина.
Страх неизвестности
Вариантов развития событий в области генной инженерии существует множество, и далеко не все они изучены и, в принципе, известны. Поэтому они должны быть последовательно зафиксированы и регламентированы.
Естественно, больше всего опасений вызывают плохие сценарии развития событий. Как правило, все начинается с помощи людям и изобретения новых лекарств. Но потом человек может прийти к желанию сделать своего ребенка светловолосым и зеленоглазым или создать армию универсальных солдат, не боящихся боли и не ведающих страха.
Олег Долгицкий, социальный философ, отмечает, что современное общество настолько неоднородно в культурном и экономическом плане, что любые методы, способные существенно изменить геном, могут создать условия не только для классового, но и видового расслоения, где представители «первого мира» смогут существенно продлевать свою жизнь и не бояться никаких болезней, в отличие от менее богатых людей. Это является серьезнейшей почвой для конфликтов и столкновений.
Эксперты убеждены, что генная инженерия — это будущее медицины.
Возможность избавить младенца от пожизненного гнета заболевания, излечить людей от рака, найти лекарство против ВИЧ — за всем этим будет стоять генная инженерия.
При этом желание человека изменить, например, цвет глаз или предотвратить наследственное заболевание, несмотря на все риски, будет только расти. И похоже, что остановить этот процесс уже не представляется возможным.
Молекулярная биология рака
Специфика работы лаборатории молекулярной онкологии МФТИ — изучение роли белка р73 в регуляции генома в нормальных клетках человека и в онкологических.
Новую структуру возглавил известный итальянский ученый, профессор Кембриджа и римского университета Tor Vergata Джерри Мелино, чья заявка выиграла в конкурсе на создание академических научных и прикладных лабораторий на базе МФТИ по национальному проекту «Наука».
- В интервью «Ъ-Науке» глава лаборатории профессор Мелино, его заместитель кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, экс-заведующий лабораторией синтетической эпигенетики Эдинбургского университета Александр Каганский и руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков рассказали, над чем они будут работать в ближайшие пару лет.
- Джерри Мелино — профессор молекулярной биологии, возглавляет Центр передовых исследований в области онкологии университета Tor Vergata (Рим, Италия), является руководителем программы Совета медицинских исследований отделения токсикологии Кембриджского университета (Великобритания), а также руководителем направления, в рамках которого пять исследовательских групп изучают взаимодействия генов и окружающей среды после поражения токсинами.
- — Каков основной фокус работы лаборатории?
Джерри Мелино: Предварительно мы обозначили основное направление работы лаборатории как молекулярную биологию рака. В частности, речь о механизмах защиты организма от рака. В первую очередь это белок p53. Его мутантная форма связана как минимум с 50% случаев рака у людей. Кроме того, мы будем работать с родственным белком p73 и другими.
Мы начинаем с белка p53, потому что соответствующий ген открыли в 1979 году, после чего довольно быстро выяснилось, что как минимум в 50% опухолей человека имеют место мутации p53. Этот ген имеет большое значение для предотвращения роста опухоли.
Р53 — один из главных противораковых генов, и уже 40 лет мы пытаемся понять механизмы его работы, но ситуация так и не прояснилась окончательно. До сих пор не существует эффективного метода лечения, воздействующего на p53.
Чуть более 15 лет назад по счастливому стечению обстоятельств открыли два гена, которые назвали p63 и p73. Назвали не потому, что цифры 6 и 7 что-то значат, а просто по аналогии (чтобы показать принадлежность к семейству).
Эти два гена чрезвычайно похожи на p53 и могут заменять его в некоторых случаях, они гены-онкосупрессоры — подавляют рост опухоли.
Понимание того, как функционирует это семейство генов, может дать нам идеи для разработки лекарств.
Александр Каганский: Появление новой лаборатории даст возможность сфокусированно определить роль мастер-регуляторов, которые одновременно участвуют в развитии онкологических заболеваний и в дифференцировке клеток. Это позволит нам понять, на каком этапе дифференцировки они начинают развиваться по онкологическому пути.
Ранее в Эдинбурге у меня была совместная работа по белку p53. Вместе со студентами с Дальнего Востока мы нашли малые молекулы, которые определенным образом влияют на клетки с мутированным белком p53.
В сотрудничестве с лабораторией Павла Волчкова мы можем создавать генетически модифицированные клеточные системы для точного определения роли различных изоформ мастер-регуляторов и разложить по полочкам молекулярные роли изоформ белков p53.
Павел Волчков: Большую роль в нашей работе для генетической детекции и раннего предсказания возможности развития онкологических заболеваний, в том числе и на основе наследуемых факторов, могут сыграть и «большие данные», и особенно интеграция российских данных с мировыми базами.
Например, в Великобритании уже идет подобный проект: есть большой британский банк, куда входят данные более 100 тыс. пациентов, и там есть значительный процент онкосоставляющих.
Доктор Мелино при разговоре с нашим ректором уже затрагивал этот вопрос, будет ли инициирована национальная программа онкоскрининга, которая помогла бы нам накопить эту базу данных по мутациям и прочую информацию с тем, чтобы в дальнейшем использовать ее как для детекции, так и для иммунной и таргетной терапии и многих других важных операций. На самом деле поле применения этих собранных данных огромно.
— Правильно ли будет сказать, что вы будете проверять свои гипотезы, выработанные в рамках работы лаборатории, через большие данные, то есть апробировать на реальных людях?
Александр Каганский: Надо очень аккуратно подходить к этому вопросу.
Во-первых, мы все же не медицинская клиника, а во-вторых, как вы знаете, доступ к персонализированным медицинским данным находится под специальной охраной, поэтому должен быть выработан определенный протокол, согласно которому мы могли бы получить доступ к этим данным.
И мы готовы инициировать эту процедуру и уже обсуждали это с ведущей клиникой Московской области МОНИКИ. Но все эти протоколы прежде всего необходимо проработать с точки зрения законодательства, и только после этого ученые смогут работать с реальными данными.
Пока что мы говорим, что модели будут разрабатываться на отдельных массивах данных, где мы точно имеем все разрешения от самих пациентов. Также мы общаемся с рядом специализированных онкологических клиник. Дальнейшая работа с большими массивами возможна только после получения всех специальных разрешений.
— Соответственно, конечная цель лаборатории — выйти уже на исследования, связанные с людьми, а не только в in vitro. Или это не так?
Джерри Мелино: Вначале мы не будем работать с пациентами. Все будет проходить in vitro, в лабораторных условиях. Возможно, будем работать с мышами, c экспериментальными моделями in vivo.
В других наших лабораториях мы проводим полногеномное секвенирование ДНК онкобольных, накапливаем огромные массивы данных, чтобы наглядно видеть и сравнивать значения уровней регуляции экспрессии с имеющимися данными.
Павел Волчков: Во-первых, многие клиники уже сами стали собирать и анализировать эти данные. Другое дело, как организовать это в центральный хаб, чтобы можно было соорганизовать эти разрозненные данные.
Мы бы хотели сделать этот массив единым, глобальным и, безусловно, с соблюдением всех мер предосторожности по разглашению персональных данных, чтобы в дальнейшем использовать для научных, а впоследствии и для традиционных целей для эффективной борьбы с раком после появления новых диагностических инструментов и средств терапии.
— Каких ближайших результатов вы ждете от работы лаборатории?
Павел Волчков: Лаборатория была открыта буквально только что. Пока надо технически запустить лабораторию, и мы надеемся, что она как можно быстрее интегрируется в научную и образовательную деятельность.
Есть небольшой бонус в том, что это международный проект и этот процесс адаптации должен пройти максимально быстро, потому что некоторые наработки могут быть транслированы и от зарубежных лабораторий доктора Мелино, например, в Кембридже или Университете Рима.
Александр Кагановский сказал, что собирается перенести в лабораторию свой проект с Дальнего Востока, так что это не будет чистой воды стартап.
— Что значит интеграция лаборатории в образовательный процесс?
Джерри Мелино: Прежде всего через привлечение к работе лаборатории наиболее блестящих студентов, а также тех, кто планирует поступать в аспирантуру или уже в ней учится.
Также мы обсуждаем с ректором вопрос включения лаборатории в программу аспирантского образования. Я уже работал с аспирантами из России в своих лабораториях в Риме и в Лондоне.
Так что одна из образовательных идей нашей лаборатории — находить талантливых студентов, которые могли бы в дальнейшем продолжить свое образование в аспирантуре.
— Какую промежуточную цель вы ставите перед собой?
Джерри Мелино: Сейчас наша непосредственная задача — получить in vitro-модель для идентификации транскрипционных генов-мишеней p53 и их связи с раком. Это вполне реализуемо.
В Великобритании уже есть готовые клеточные линии. Новые клеточные линии мы можем получить и здесь.
Можем провести скрининг, а потом можно обратиться к базе данных по онкологии, чтобы оценить значение для выживаемости при раке.
— И последний вопрос уже к доктору Мелино: в чем разница между российскими университетами и иностранными, где вы работали?
Джерри Мелино: Не так просто ответить на ваш вопрос, потому что я все-таки не так хорошо знаю российские университеты.
В России все же возраст аспирантов выше, чем, например, в Великобритании, где к 25 годам аспиранты заканчивают свои PhD и готовы уже к постдоку.
В Италии университет заканчивают в 24–25, аспирантуру заканчивают в среднем в 28 лет, что, как мне кажется, сопоставимо с Россией. И мне кажется, что это слишком большой срок для подготовки их выхода на рынок труда.
Интервью взяла Надежда Померанцева