Переписывание кодов жизни

Как странно устроена жизнь и потоки информации в ней. Тема, мучавшая меня годы, когда утром просыпаясь, я видел привычную жизнь за окном и ненадолго успокаивался, вдруг по случаю, находится в рафинированном виде статья, уже три года, как опубликованная в одном из самых уважаемых изданий.

И мой страх оказывается не паранойей, а более чем мотивированной рефлексией на факты, которые точно так же оцениваются другими профессионалами, своими руками создавшими одну из самых перспективных и одновременно самых разрушительных технологий человечества.

Rewriting the Code of Life | The New Yorker

Переписывание кодов жизни

С помощью редактирования ДНК исследователи надеются изменить генетическую судьбу видов и устранить болезни. Автор: Майкл Спектер Декабрь 25, 2016

Ранним непривычно ветреным июньским днем Кевин Эсвелт сел на паром в Хайаннисе, направлявшемся на остров Нантакет. Эсвельт, доцент кафедры биологической инженерии Массачусетского технологического института, собирался представить местным чиновникам здравоохранения план по избавлению острова от одной из его наиболее постоянных проблем-болезни Лайма. Большую часть ночи он провел на ногах, работая над своими слайдами, и усталость была заметна. Пуговицы на его серой рубашке в тонкую полоску были расстегнуты, а кольца вокруг темно-синих глаз делали его похожим на рыжеволосого енота.

Тридцатичетырехлетний Эсвельт руководит группой "скульптурная эволюция" в МТИ, где он и его коллеги пытаются разработать молекулярные инструменты, способные фундаментально изменить естественный мир. Если жители Нантакета согласятся, Esvelt намеревается использовать эти инструменты, чтобы переписать ДНК белоногих мышей, чтобы сделать их иммунными к бактериям, которые вызывают болезнь Лайма и другие клещевые заболевания. Он и его команда разводили мышей в лаборатории, а затем, в качестве первоначального эксперимента, выпускали их на необитаемый остров. Если количество зараженных клещей начнет падать, он будет просить разрешения повторить этот процесс в Нантакете и на близлежащем Винограднике Марты.

Более четверти жителей Нантакета были инфицированы болезнью Лайма (бактерии рода Borrelia типа спирохет), которая стала одним из самых быстро распространяющихся заболеваний в Соединенных Штатах. Болезнь часто сопровождается красной сыпью бычьего глаза, наряду с лихорадкой и ознобом. Когда болезнь обнаруживается достаточно рано, ее можно вылечить в большинстве случаев с помощью одного курса антибиотиков. Однако для многих людей боль и неврологические симптомы могут сохраняться годами. В общинах по всему северо-востоку страх перед клещами изменил саму природу лета—немногие родители в наши дни позволили бы ребенку бегать босиком по траве или беспечно бродить в лесу.

“А что, если бы мы могли взмахнуть руками и избавиться от этой проблемы?- Эсвельт попросил два десятка официальных лиц и представителей общественности, собравшихся в полицейском участке острова, представить его. Он объяснил, что белоногие мыши являются главным резервуаром болезни Лайма, которую они передают через клещей людям. “Это экологическая проблема, - сказал Эсвельт. “И мы хотим принять экологическое решение, чтобы разорвать цикл передачи, который держит клещей в окружающей среде, зараженной этими патогенами.”

В настоящее время нет одобренной вакцины лайма для людей, но есть одна для собак, которая также работает на мышах. Эсвельт и его команда начнут с вакцинации своих мышей и секвенирования ДНК наиболее защищающих антител. Затем они имплантируют гены, необходимые для производства этих антител, в половые клетки мышей. Эти мыши родятся невосприимчивыми к болезни Лайма. В конечном счете, если бы достаточное их количество было выпущено для спаривания с дикими мышами, вся популяция стала бы устойчивой. Так же критически, антитела в мышах убьют бактерию Лайма в любых клещах, которые укусят их. Без инфицированных клещей не было бы и инфицированных людей. - Уберите мышей, - сказал мне Эсвельт, - и весь цикл передачи рухнет.”

Эсвелт говорил о Лайме десятки раз за последний год, не только на Нантакете и Мартас-Винъярде, но и на форумах по всему миру, от симпозиума по синтетической биологии в Чили до конференции Белого дома Frontiers президента Обамы в Питтсбурге. При каждом появлении Эсвельт говорит аудитории, что он хочет, чтобы его двое маленьких детей—у него есть трехлетний сын и дочь, которой почти год-выросли бы в мире, свободном от болезни Лайма. Но это не совсем то, почему он выступает на совещаниях по инфекционным заболеваниям, конвенциях по энтомологии и международных семинарах по охране природы. Он взял на себя миссию, которая, по его мнению, гораздо важнее.

Эсвельт и его коллеги были первыми, кто описал в 2014 году, как революционный инструмент редактирования генов CRISPR это может сочетаться с природным явлением, известным как генетический драйв, чтобы изменить генетическую судьбу вида. Генные движущие силы работают, переопределяя традиционные правила Менделевского наследования. Обычно потомство любого сексуально-репродуктивного организма получает половину своего генома от каждого родителя. Но начиная с сороковых годов прошлого века, биологи осознали, что некоторые генетические элементы являются “эгоистичными”: эволюция наделила их более чем пятидесятипроцентной вероятностью наследования. Эта особенность позволяет некоторым характеристикам распространяться с необычной скоростью.

Пока не появился CRISPR, биологам не хватало инструментов, чтобы заставить определенные генетические изменения проходить через всю популяцию. Но эта система, которая по существу является молекулярным скальпелем, позволяет изменять или удалять любую последовательность в геноме миллиардов нуклеотидов. Помещая его в ДНК организма, ученые могут гарантировать, что новый ген будет копировать себя в каждом последующем поколении. Например, мутация, которая блокирует паразита, ответственного за малярию, может быть сконструирована в теле комара и передается по наследству каждый раз, когда комар размножается. Каждое следующее поколение будет иметь больше потомства с этим признаком, пока, в какой-то момент, весь вид не будет иметь его.

Никогда еще не существовало более мощного биологического инструмента или инструмента, обладающего большим потенциалом, как для улучшения мира, так и для того, чтобы подвергать его опасности. Эсвельт надеется использовать эту технологию в качестве рычага, чтобы вскрыть то, что он видит, как часто скрытный и бесполезно дублирующий процесс научных исследований. "Единственный способ провести эксперимент, который может стереть целый вид с лица Земли, - это полная прозрачность”, - сказал он мне. "Как по моральным, так и по практическим соображениям, генетический драйв, скорее всего, преуспеет, если все исследования будут проводиться открыто. И если мы можем сделать это для генетического драйва, мы можем сделать это для остальной науки”.

На встрече в Нантакете Эсвелт заверил жителей, что он и его команда полностью понимают последствия манипулирования основными элементами жизни. Он сказал, что считает себя не просто биологом, а агентом местных граждан; если они перестанут проявлять интерес к исследованиям, он прекратит эксперименты. Он также настаивает на том, что будет работать с абсолютной открытостью: каждый адрес электронной почты, заявка на грант, набор данных и запись встречи будут доступны для всех желающих. Интеллектуальная собственность часто является самым желанным аспектом научных исследований, и работа Эсвелта будет размещена на веб-сайте. И никакой эксперимент не проводился бы, если бы он не был заранее одобрен—не только учеными, но и людьми, на которых он, скорее всего, повлияет. “Под открытостью я подразумеваю все это, - сказал Эсвельт, одобрительно бормоча. “Если " Монсанто”, которая, справедливо или нет, стала символом чрезмерного корпоративного контроля сельскохозяйственной биотехнологии, “сделала что—то определённым образом”,—сказал он, - мы сделаем точно противоположное.”

На Нантакете живет менее миллиона белоногих мышей, так что генный драйв даже не понадобится, чтобы обеспечить распространение устойчивых к болезни Лайма генов. Эсвельт планирует выпустить достаточное количество генетически модифицированных мышей, десятки тысяч из них, чтобы подавить дикую популяцию. (Поскольку он никогда не мог разместить так много мышей в своей лаборатории в M. I. T., Он недавно упомянул идею разведения их на контейнеровозе. Однако такой подход никогда не сработал бы для болезни Лайма на материке, где есть более миллиарда белоногих мышей, рассеянных по всему Восточному побережью.

Борьба с болезнью Лайма-это всего лишь ранняя стадия беспрецедентных усилий по борьбе с некоторыми из самых распространенных заболеваний человечества, таких как малярия и лихорадка Денге. Несмотря на значительное снижение смертности от этих заболеваний за последнее десятилетие, они по-прежнему угрожают более чем половине населения мира и в совокупности ежегодно убивают почти три четверти миллиона человек. Только от малярии ежедневно умирает тысяча детей.

Фонд Билла и Мелинды Гейтс вложил десятки миллионов долларов в исследование группы Target Malaria, возглавляемой Остином Бертом из Имперского колледжа в Лондоне. В лабораторных тестах группа уже преуспела в использовании CRISPR для редактирования генов Anopheles gambiae комаров, которые переносят паразита, вызывающего малярию, чтобы помешать самкам комара производить фертильные яйца. Теоретически, когда эти комары распространятся по странам Африки к югу от Сахары и Мате, их численность начнет сокращаться. Несколько недель назад трасты Тата Мумбаи объявили, что они будут финансировать аналогичный проект в Индии.

Генетические драйверы также могут быть использованы для уничтожения шистосомоза-паразитарной болезни, переносимой кровососущими, которая ежегодно поражает сотни миллионов человек и убивает до двухсот тысяч. Кроме того, новая технология может устранить целый ряд инвазивных видов—от вредителей, которые съедают тысячи акров сельскохозяйственных культур, до комаров, распространяющих птичью малярию так быстро среди местных птиц на Гавайях, что общество Одюбона и американская организация охраны птиц регулярно называют штат “столицей вымирания птиц мира".”

Однако для Эсвельта эти достижения кажутся почти второстепенными благами. “Для многих людей целью является искоренение малярии, и я стою за это на все сто процентов”, - сказал он. "У людей в сельской местности есть новый мировой винтообразный червь” - особенно разрушительный вредитель, также известный как мясная муха—“они хотели бы избавиться от него в Южной Америке. У каждого есть то, что он действительно хочет сделать. И это имеет смысл. Но я бы предположил, что единственное наиболее важное применение генного драйвера-это не искоренение малярии или шистосомоза, или лайма, или любого другого конкретного проекта. Это должно изменить то, как мы делаем науку”.

Это сообщение, которое Эсвелт продвигал в своих выступлениях по всему миру, и первоначальный ответ на Нантакет и Мартас—Винъярд—даже от людей, которые присутствовали на собраниях, чтобы возразить против этого предложения, - был в подавляющем большинстве положительным. “Я пришла сюда, думая, что скажу: ” абсолютно нет", - сказала Даника Коннорс, сборщик трав и практик шаманства, которая выступает против генетически модифицированных продуктов, на встрече в Нантакете. “Я первый человек, который говорит, что, возясь с матерью природой, мы собираемся ее сломать. Но она сказала Эсвельту, что ей очень нравится то, что вы молодой ученый, говоря: “я хочу, чтобы это было не корпоративное дело, и я хочу, чтобы это было с участием людей.- "Кажется, она сама себе удивилась, - сказала она, - Знаете, я хочу посмотреть, куда вы доберётесь с этим. Я действительно очень взволнована”.

Взрослая самка клеща черноногого (Ixodes scapularis) — одного из переносчиков болезни Лайма

В своей докторской диссертации Эсвельт затронул одно из наиболее существенных ограничений синтетической биологии. Эволюция разворачивается на протяжении миллионов лет, и может пройти тысяча поколений, прежде чем даже малейшее генетическое изменение станет постоянным. Ученым, которые хотят изменить или дополнить природу, нужны гораздо более короткие временные рамки. Под руководством Лю, Эсвельт разработал методику, позволяющую превращать определенные вирусы в эволюционирующие белки так быстро, что исследователи могли наблюдать десятки раундов молекулярной эволюции в течение одного дня. Эта работа позволила ему заработать имя в Гарольд М. Премия Вайнтрауба - одна из самых желанных наград в стране для исследований в области биологических наук.

Могут пройти годы, с тех пор, как животные или растения с CRISPR генного драйвера были выпущены в естественные окружающие среды. На этом пути будет много нормативных, политических и социальных препятствий для ведения переговоров. Эсвельт предсказывает, что пройдет почти десять лет, прежде чем на Нантакете или Мартас-Винъярде появятся устойчивые к лайму мыши. Но научные препятствия быстро исчезают. Это позволяет, по крайней мере, представить себе тот день, когда технология генного драйвера будет развернута для борьбы с болезнями, которые убили миллиарды людей, сдерживания разрушительных вредителей и для защиты находящихся под угрозой исчезновения видов, таких как Черноногий хорек. (Чума привела хорьков к краю вымирания, но теперь должна быть возможность редактировать их гены, чтобы сделать их иммунными). Однако для рассмотрения возможности осуществления таких фундаментальных научных изменений потребуется тектонический сдвиг в общественном отношении к миру природы.

Одна из целей Эсвельта в M. I. T. состоит в том, чтобы облегчить этот сдвиг. Часть его работы, как он ее видит, состоит в том, чтобы бросить вызов тому, что он описывает как “нелепое представление о том, что естественное и хорошее-это одно и то же. "Вместо этого, - сказал он мне, - мы должны думать о разумном замысле как инструменте генетики. Он улыбнулся, потому что фраза “разумный замысел” обычно относится к антидарвиновской теории о том, что вселенная со всеми ее хитросплетениями и вариациями слишком сложна, чтобы возникнуть случайно-что должна была существовать направляющая рука. Правда более прозаична, а также более примечательна: в течение четырех миллиардов лет эволюция, движимая естественным отбором и случайной мутацией, гарантировала, что самые эффективные гены выживут, а самые слабые исчезнут. Но, движимый CRISPR и другими инструментами синтетической биологии, интеллектуальный дизайн приобрел совершенно новый смысл, который угрожает превзойти Дарвина—потому что эволюция вскоре может направляться нами.

Практически любая технология, которая может служить виду, может также повредить ему, либо случайно, либо по умыслу. Ученый, способный перевоссоздать комара, чтобы предотвратить распространение им Малярии, лихорадки Денге, Зика или любой другой инфекционной болезни, почти наверняка будет иметь навык, чтобы превратить это насекомое в оружие. Ранее в этом году Джеймс Клэппер, директор Национальной разведки, перечислил редактирование генов в качестве потенциального оружия массового уничтожения и разрушения. Некоторые ученые считали, что он был гиперболичен, но авторы доклада о генетических драйверах, опубликованного в этом году Национальной Академией наук, написали: “не исключено, что вместо развития резистентного комара можно было бы развить более восприимчивого комара, способного передавать определенный патоген. "Другими словами, террористы могли бы добавить в слюну комара ген, который производит токсины, которые он передавал бы вместе с малярией. Незадолго до Дня благодарения Президентский совет экспертов по науке и технике прямо предупредил Белый дом, что уже нетрудно представить, как кто-то может, просто отредактировав ген, превратить обычный вирус в биологическое оружие. “Больше всего я боюсь, - сказал мне однажды Эсвельт, - что случится что-то ужасное, прежде чем случится что-то чудесное. Это не дает мне спать по ночам больше, чем мне хотелось бы признать.”

До недавнего времени инструменты молекулярной биологии были дорогими, и мало кто имел к ним доступ, не говоря уже о способности воскрешать мертвые вирусы или создавать новые. CRISPR уже начал менять это и, несомненно, ускорит прогресс во многих областях. Но с доступностью появляется все больший риск несчастных случаев и саботажа. В наши дни последовательности ДНК можно заказать в интернете за копейки. Менее чем за тысячу долларов любой энтузиаст—любитель, независимо от его уровня квалификации или подготовки, мог приобрести вирус и все необходимое для его редактирования за кухонным столом.

“По правде говоря, я не чувствую себя таким уж Хичкоковцем.”