Узнай о своих генах. Азбука для небиологов - Эррол К. Фридберг
«Этот эксперимент – самый современный пример того, как лабораторный инструмент CRISPR, известный еще как «молекулярные ножницы», раздвигает границы нашей возможности манипулировать жизнью, и встречен он был одновременно с восторгом и страхом».
Страх многих людей объясняется отношением к редактированию эмбриона с использованием технологии CRISPR. В своей книге «ДНК. История генетической революции» Джеймс Уотсон пишет, что Фрэнсис Коллинз, видный ученый в области генетики и директор (в момент написания книги) Национального института здравоохранения США, а также человек с твердыми религиозными убеждениями, «считает, что это своего рода красная линия, переступать которую нельзя». Коллинз не видит необходимости подправлять 3,5 миллиарда лет эволюции, даже если эта технология абсолютно безопасна. Коллинз заявил: «Селекционные дети – это прекрасные дети для Голливуда. Но в то же самое время это – образчик опасной науки и неприемлемой этики». С точки зрения Коллинза, сомнения в безопасности технологии (того, что некоторые называют «риском необратимости») все еще широко распространены, да и отсутствует медицинская необходимость в такой технологии, когда есть другие инструменты, такие как предимплантационная генетическая диагностика, дающая родителям возможность выбора без необратимого вмешательства в ДНК грядущих поколений».
Далее Уотсон приводит точку зрения другого ученого, Эрика Ландера, который утверждает следующее: «Если это такая хорошая мысль, то хочется почесать в затылке и спросить, почему же тогда эволюция не попыталась сделать нечто подобное сама и закрепить это в популяции?»
Уотсон сообщает, что конференция видных ученых, созванная для обсуждения всех за и против технологии CRISPR, пришла к следующему выводу: «Нет никакого серьезного повода для проведения экспериментов с эмбрионом человека с использованием технологии CRISPR, однако совет не рекомендует вводить мораторий на дальнейшие исследования технологии CRISPR. Потенциал этой технологии слишком велик, слишком возбуждает, чтобы пресечь его и загнать в подполье».
В конечном итоге Уотсон приходит к следующему выводу: «Несмотря на риски, мы должны самым серьезным образом оценить генную терапию зародышевых линий. Сегодня, когда мы идентифицировали так много мутаций, причинявших страдания на протяжении стольких лет, в нашей власти обойти естественный отбор. (То есть позволить природе идти своим путем и уничтожать эмбрионы с генетическими заболеваниями, несовместимыми с жизнью.)»
Читатели, заинтересовавшиеся развитием этой генной технологии, могут следить за будущим CRISPR.
Уотсон завершает свою искусную книгу нехарактерными для него рассуждениями про гены: «Наша ДНК – своего рода инструкция для творения человека – вполне может соперничать со Священным Писанием как хранитель истины. Хотя я и не слишком религиозен, я вижу в Писании много истинного. Например, в Первом послании к Коринфянам (глава 13) апостол Павел пишет:
«Если я говорю языками человеческими и ангельскими, а любви не имею, то я – медь звенящая или кимвал звучащий.
Если имею дар пророчества, и знаю все тайны, и имею всякое познание и всю веру, так что могу и горы переставлять, а не имею любви, – то я ничто».
«По моему мнению, апостол Павел верно сформулировал суть гуманности, – пишет Уотсон. – Любовь, тот импульс, который движет нашей заботой друг о друге, – это то, что дало нам возможность выжить и успешно существовать на этой планете. Она так важна человеческой натуре, что я уверен, что способность любить вписана в нашу ДНК. Будь Павел человеком светским, он мог бы сказать, что любовь – это величайший дар наших генов всему человечеству. И если когда-нибудь эти конкретные гены можно будет улучшить с помощью нашей науки, победить мелочные обиды и насилие, то разве человечеству станет в каком-либо отношении хуже?»
Глава 11
Митохондриальная ДНК
В начале книги я говорил о том, что бо́льшая часть ДНК в наших клетках находится в хромосомах в клеточных ядрах. Но именно бо́льшая часть, а не вся ДНК наших клеток. 57 лет назад несколько групп исследователей независимо друг от друга обнаружили крошечные структуры в цитоплазме наших клеток, так называемые митохондрии (рис. 3.2), которые тоже содержат ДНК (мтДНК). Вот так сюрприз! Считается, что ядерная и митохондриальная ДНК разного эволюционного происхождения.
В каждой клетке содержатся от сотен до тысяч митохондрий, в которых происходят биохимические процессы, генерирующие энергию, необходимую нашим клеткам. В митохондриальной ДНК содержится 37 генов, каждый из которых важен для функций митохондрии. Тринадцать из этих генов управляют образованием ферментов, участвующих в биохимических реакциях митохондрий. Остальные гены (их 24) обеспечивают регуляцию переноса РНК (тРНК) и рибосомной РНК, которые, как вы помните из главы о генетическом коде, необходимы для синтеза белка.
Вы также помните из главы о репарации поврежденной ДНК, что главным виновником повреждения ДНК являются активные формы кислорода (АФК[6]). Несмотря на то что АФК образуются в процессе митохондриальных биохимических реакций, мтДНК не накапливает окислительных повреждений больше, чем ядерная ДНК. Вероятно, это является результатом того, что некоторые разновидности окислительного повреждения ДНК лучше репарируются в мтДНК, а не в ядерной. Кроме того, у митохондрий развит уникальный механизм, который поддерживает целостность мтДНК за счет деградации чрезмерно поврежденных митохондриальных генов, после которой происходит репликация целостной репарированной мтДНК. Многочисленные копии ДНК, присутствующие в митохондриях как матрицы, облегчают этот механизм.
В отличие от ядерной ДНК, которая наследуется от обоих родителей и в которой гены реорганизуются в процессе рекомбинации во время мейоза, мтДНК, как правило, не изменяется при передаче от родителя к потомству. Благодаря этому, а также тому что скорость мутации мтДНК у животных выше, чем у ядерной ДНК, мтДНК – это мощный инструмент для отслеживания наследственности по женской линии, и именно с этой целью ее используют для того, чтобы проследить происхождение многих видов сотни поколений назад.
Во время оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом разрушается практически весь сперматозиод. Сохраняются только хромосомы в головке сперматозоида, которые и используются в качестве окончательной версии ДНК в оплодотворенной яйцеклетке. Митохондрии сперматозоида и их ДНК тоже разрушаются. И только митохондриальная ДНК яйцеклетки участвует в развитии плода. Следовательно, митохондриальная ДНК переходит от матери к дочери из поколения в поколение, то есть у женщины митохондриальная ДНК идентична ДНК ее матери, а матери – ее матери и так далее. Митохондриальная ДНК у сына, которую он получает от матери, является тупиковой. Поэтому секвенирование митохондриальной ДНК женщины часто проводят для установления семейной наследственности; теоретически оно должно привести к одной женщине, жившей сотни тысяч лет назад.
Мутации в митохондриальной ДНК могут
