12.03.2001 Трансгенная обезьяна светиться отказалась

Рассказывая в одном из недавних выпусков радиожурнала о выдающихся достижениях учёных, занятых расшифровкой генома человека, о перспективах практического применения новых знаний и о трудностях, которые предстоит преодолеть на этом пути, я упомянул, в частности, и о том, что от знания структуры генов к пониманию их функций - путь очень неблизкий. Наглядной иллюстрацией к этому, в общем-то, вполне очевидному тезису может служить история первой в мире трансгенной обезьяны, история, в которой успехи тесно соседствуют с неудачами. Послушайте репортаж, подготовленный Михаэлем Ланге:

Мыши, крысы, рыбы, коровы, овцы и свиньи - каких только животных, не говоря уж о растениях, ни подвергли учёные-биологи за последние годы генетическим манипуляциям! Особенно часто при проведении медицинских экспериментов в лабораториях в качестве подопытных животных используются мыши-мутанты. Целенаправленно внося изменения в их геном, удаляя, добавляя или модифицируя определённые гены, учёные научились моделировать на мышах болезни, которыми страдают люди. Подобный приём позволяет не только более эффективно изучать механизмы этих заболеваний, но и испытывать новые медикаменты.

Однако обезьян - ближайших родственников человека - такого рода эксперименты до самого недавнего времени обходили стороной. И вот теперь первая обезьяна с модифицированными генами стала реальностью. Своим появлением на свет она обязана американским биологам - сотрудникам Исследовательского центра по изучению приматов при Медицинском университете штата Орегон в городке Бивертоне в окрестностях Портленда. Сегодня макаке-резусу по кличке Энди (ANDI) 5 месяцев от роду, и внешне малышка ничем не отличается от прочих сородичей-ровесников. Она совершенно здорова, но назвать её нормальной никак нельзя - и это-то и радует учёных, стоявших, если можно так выразиться, у её колыбели. Уже в самом имени обезьянки они зашифровали тайну её создания: если прочитать это имя справа налево, получится аббревиатура IDNA, что по-английски означает Inserted DNA, а по-русски - встроенная ДНК. Иными словами, геном данной особи содержит элементы, которые от природы биологическому виду макак-резусов не свойственны. Профессор Энтони Чен, принимавший самое деятельное участие в экспериментах по созданию трансгенной обезьяны, поясняет:

"Мы внедрили новый ген - так называемый ген-маркер - в генетический набор Энди. В качестве транспортного средства, способного доставить чужеродную ДНК внутрь яйцеклетки макаки, мы использовали вирусы. Это - достаточно хорошо изученная и уже испытанная методика. Такие обезвреженные вирусы, именуемые «генными такси», были разработаны несколько лет назад для экспериментов в области генной терапии человека."

Тут следует пояснить, что это за ген-маркер, упомянутый профессором. Для того, чтобы знать, удачно или нет прошла операция по внедрению чужеродных генов, учёные используют гены-индикаторы, присутствие которых легко поддаётся обнаружению. Например, в растениеводстве для этих целей, как правило, применяется ген, обеспечивающий резистентность к антибиотикам, а в качестве «генных такси» - некоторые виды бактерий. Внедрив в бактерии нужные гены вместе с геном-маркером, селекционеры подвергают эти «генные такси» воздействию антибиотика, в результате чего выживают лишь те бактерии, которые обрели к нему резистентность, а значит - восприняли нужные гены. В случае с макаками профессор Энтони Чен и его коллеги не преследовали цель привить животным какие-либо новые полезные свойства. На первом этапе их интересовала только отработка методики как таковой. Учёные хотели доказать, что модификация генома обезьяны в принципе возможна, а потому решили ограничиться пересадкой лишь самого гена-маркера. В качестве такового они избрали один из генов медузы. Этот ген обеспечивает производство белка, способного флюоресцировать в ультрафиолетовом свете. Исследователи произвели генетическую модификацию 224 яйцеклеток макак-резусов. Эта крайне тонкая работа состояла в том, что учёные под микроскопом осторожно протыкали иглой оболочку клетки и вводили внутрь вирусы с геном-маркером. Контрольное облучение ультрафиолетовым светом позволило отсеять те из яйцеклеток, которые не флюоресцировали, а значит - не восприняли новый ген. Но создание трансгенной яйцеклетки - это лишь полдела. Профессор Энтони Чен поясняет:

"Затем мы произвели оплодотворение этой трансгенной яйцеклетки одним единственным сперматозоидом, подождали, пока она несколько раз разделится, и этот эмбрион, состоящий всего из 8-ми клеток, пересадили в матку животного, выбранного в качестве приёмной матери."

Столь незатейливое описание может, пожалуй, создать превратное представление, будто вся эта операция особой сложности не представляет. Однако на самом деле всё не так уж просто: генетикам пришлось произвести пересадку 40 эмбрионов 20-ти обезьянам, чтобы получить 5 беременностей. Спустя 5 месяцев живыми и здоровыми на свет появились лишь три обезьянки, и только у одной из них - знакомой нам Энди - в наследственном материале обнаружился новый ген. Впрочем, слово «обнаружился» мало подходит к данной ситуации. Дело в том, что Энди - к немалому разочарованию своих создателей - никакого флюоресцирующего белка не производит, а значит, в ультрафиолетовых лучах лабораторной лампы, как на то надеялись генетики, не светится. Позаимствованный у медузы ген учёным Орегонского университета пришлось долго и упорно искать, используя весь богатый арсенал молекулярно-биологических лабораторных исследований. Эти исследования в конце концов подтвердили, что ген прочно интегрировался в одну из хромосом. Но почему он не кодирует светящийся белок, остаётся загадкой. Возможно, считают учёные, ген не располагает необходимой для выполнения этой функции активностью. Таким образом, методика генетической модификации обезьян пока далека от совершенства, очень многое тут всё ещё зависит от случая. Но ведь то же самое имело место и на ранних этапах создания трансгенных мышей. Теперь же целые линии мутантных мышей относятся, так сказать, к базовой комплектации многих биомедицинских лабораторий. Похоже, такая же участь уготована и макакам. Особенно в области исследований, касающихся болезней человека, обезьяны могут дать науке гораздо больше, чем мыши. Энтони Чен говорит:

"Мышь весьма существенно отличается от человека по своему биологическому строению. Причём я не говорю сейчас о генах, которые у людей есть, а у мышей нет. Даже если иметь в виду общие гены, то нередко те их мутации, которые вызывают у людей тяжёлые заболевания, не оказывают никакого воздействия на мышей. Поэтому мы уверены, что использование в качестве генетической модели подопытных обезьян поможет заполнить брешь между подопытными мышами и больными людьми, то есть реальными пациентами."

В общем, это вполне понятно: ведь макаки-резусы относятся к тому же биологическому отряду приматов, что и человек. Открытые на сегодняшний день гены макак-резусов и людей на 95 процентов идентичны. И, что немаловажно, мозг обезьян по своей структуре очень похож на мозг Homo sapiens. Поэтому учёные надеются, что на трансгенных макаках-резусах им удастся гораздо более эффективно, чем на мышах, моделировать такие тяжёлые нейродегенеративные заболевания, как, например, болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона. В частности, профессор Энтони Чен намерен уже в ближайшее время попытаться получить мутантную обезьяну с геном, ответственным за синдром Альцгеймера. На этом животном, полагает учёный, он сможет испытывать новые лекарства и вакцины.

Это был репортаж, подготовленный Михаэлем Ланге. Тут нельзя не отметить, что у этой медали есть и обратная сторона: технология, позволяющая создавать трансгенных обезьян, конечно же, позволит создавать и трансгенных людей. Правда, в большинстве своём исследователи дружно открещиваются от подобных намерений. «Господь Бог запрещает использование такой методики применительно к человеку», - говорит профессор Джеральд Скэттен, научный руководитель проекта по созданию Энди. Он клянётся, что видит свою задачу исключительно в создании генетически модифицированных обезьян - с тем, чтобы на них изучать болезни человека. Однако Пол Серхал, врач-гинеколог клиники при Медицинском колледже Лондонского университета, уверен, что наука в своих экспериментах не остановится на обезьянах. «Это лишь сигнал к началу гонки, на финише которой - создание генетически модифицированных людей», - полагает учёный и признаётся, что он сам не видит никаких препятствий морального характера, которые помешали бы ему произвести соответствующие эксперименты. Проблема лишь в технологии, считает медик, но от обезьяны до человека - рукой подать. Похоже, так оно и есть: во всяком случае, в том самом Медицинском университете штата Орегон, где появилась на свет трансгенная макака Энди, Исследовательский центр по изучению приматов расположен буквально в нескольких шагах от роддома.

Впрочем, следует иметь в виду, что проблема злоупотребления результатами научных исследований в той или иной форме существовала всегда. Достаточно вспомнить историю расщепления атомного ядра и создания на основе этого выдающегося открытия оружия массового уничтожения. Профессор Александр Тараховский, бывший сотрудник Института генетики Кёльнского университета, работающий теперь в Нью-Йорке, в Рокфеллеровском университете, говорит:

"Любое знание чревато возможностью злоупотребления - как всё, что ново, как всё, что открывает доступ к лучшему пониманию природы вообще и человека в частности, потенциально может быть использовано во вред".

Очевидно, до некоторой степени проблему могут решить нормативно-правовые нормы. Правда, в разных странах они разные. В Великобритании, например, совсем недавно был принят закон, разрешающий даже клонирование человеческих эмбрионов в терапевтических целях. Разрешены подобные исследования и в США - мировом лидере генетической науки. В Германии, напротив, на сегодняшний день действует весьма строгий закон, который запрещает проведение каких бы то ни было научных экспериментов на человеческих эмбрионах. Комментируя столь выдающееся достижение, как прочтение генома человека, министр научных исследований Германии Эдельгард Бульман, в частности, заявила:

"Генную карту я расцениваю как шанс получить новые, более глубокие знания о причинах болезней, а тем самым - и как шанс научиться лечить болезни, ещё недавно считавшиеся неизлечимыми. Но в то же время я вижу и связанные с этим опасности. Поэтому я считаю, что в вопросе прикладного применения результатов генетических исследований определённые решения предстоит принимать и нам, политикам. Возможно, какие-то результаты вовсе и не следует применять на практике. Я уверена в правильности той позиции, которую занимает Германия, например, в вопросах, связанных с клонированием: клонирование людей недопустимо".

Впрочем, я не хотел бы сейчас вскользь затрагивать тему клонирования: она заслуживает того, чтобы посвятить ей отдельный выпуск радиожурнала «Наука и техника». Однако познаниями, добытыми учёными-генетиками, можно злоупотребить и иначе. Например, работодатели, нанимая персонал, или больничные кассы, заключая договор о медицинском страховании, наверняка были бы не прочь узнать, к каким заболеваниям генетически предрасположен соискатель рабочего места или претендент на страховой полис. Никаких законов, которые исключили бы подобные злоупотребления, в Германии пока нет, но, по словам Эдельгард Бульман, скоро будут:

"Мы можем это исключить, создав чёткую нормативно-правовую базу, в которой должен быть предусмотрен запрет на принуждение к проведению генетических тестов. А нарушение этого запрета должно строго караться."

Между тем, дебаты, порождённые прочтением генома, продолжаются. Но пока одни учёные ломают копья в спорах о том, сколько же генов на самом деле содержится в геноме человека - 30, 40, 60 или всё же 100, а то и 120 тысяч, - другие пытаются более точно выяснить, какие белки, подчиняясь приказам генов, производят те или иные клетки человеческого организма. Исследователи даже придумали слово «протеом» - некий гибрид из слов «протеин» и «геном». Послушайте репортаж, подготовленный Хельмутом Нордвигом:

"Геном позволяет лишь сделать вывод о принципиальных возможностях организма, а протеом показывает, что делает конкретная клетка", - поясняет Томас Херман, сотрудник фирмы «Дегусса-Хюлс». Понятно, что клетки печени производят одни белки, а клетки мозга - другие; что здоровые клетки синтезируют не те же протеины, что раковые. Современные методы анализа позволяют разделять молекулы разных белков на так называемых гелях - плёнках размером со стандартный лист бумаги, - на которых каждому белку отведено своё место. Проблема лишь в том, что многие клетки производят тысячи разных белков.

"Обнаружилось, что представить всё многообразие протеинов одной клетки на одном геле невозможно. Пришлось искать выход из положения. С клетками животного или растительного происхождения дело обстоит ещё сравнительно просто: их можно делить по органам. В случае бактерий, которые не имеют оформленного ядра, мы пошли по пути разделения белков по их растворимости: на один гель - легко растворимые уже в воде, на следующий - труднее растворимые, только в специальных растворителях. А кроме того, мы разработали ещё один приём: разделяем клетку на структурные элементы - оболочку, цитоплазму, ядро. И анализируем белки каждого из элементов клетки по отдельности."

Это позволяет сократить количество точек на каждом геле до нескольких сотен. Сравнительно недавно для анализа состава протеинов исследователи стали использовать масс-спектрометры, широко применяемые в органической химии. Томас Херман говорит:

"Масс-спектрометрия - это очень чувствительный метод, который позволяет идентифицировать и регистрировать протеины в количествах, измеряемых фемтомолями."

Иными словами, это значит, что с помощью масс-спектрометров учёным удаётся обнаруживать белки, представленные в клетке всего лишь одной, от силы двумя молекулами. Сегодня уже существуют так называемые протеиновые чипы размером с кредитную карточку, позволяющие регистрировать до тысячи разных белков. Но создание чипа, на котором разместились бы все белки одной клетки, - это задача ближайшего будущего.

Это был репортаж, подготовленный Хельмутом Нордвигом. Вот и всё на сегодня. На этом я прощаюсь с вами, всего вам доброго, до следующей встречи ровно через неделю.