Новости о «светящихся в темноте» животных, изготовленных очередной группой британских или, что чаще, азиатских учёных, появляются в прессе с завидной регулярностью и неизменно шокируют общественность. Создаётся впечатление, что генетики только и думают о том, как бы на государственные деньги придумать самое экзотическое издевательство над кошками, собаками или свиньями. Конечно, это не так: генетические манипуляции над млекопитающими направлены на решение серьёзных медицинских и сельскохозяйственных проблем. Но какая связь может быть между светящейся свиньёй и человеческой болезнью?
Зелёная революция
Это свойство обусловлено тем, что всем этим животным вводится ген зелёного флуоресцентного белка (green fluorescent protein, GFP). Именно биохимическими свойствами последнего определяется зелёное свечение кошек и свиней. Помимо GFP, существуют флуоресцентные белки и других цветов — красного, жёлтого, голубого и т. д. Но GFP среди них — безусловно главная «знаменитость».
Светящийся зелёный белок был выделен из медузы Aequorea victoria в шестидесятых годах. Но настоящую революцию в науке он произвёл в девяностых, когда был расшифрован ген, кодирующий GFP. В то время генная инженерия только набирала обороты в биологических лабораториях по всему миру, и учёные не сразу сообразили, что белок из ничем не примечательной глубоководной медузы может в корне изменить подход к биологическому эксперименту в самых разных областях науки.
Центральной проблемой практически любого эксперимента, связанного с ролью тех или иных молекул в клетках, органах или целых организмах, является необходимость каким-то образом увидеть эти молекулы в их «среде обитания». Существует масса методов «наблюдения» за молекулярным миром, но подавляющее большинство из этих методов предполагает, что клетка или, например, гистологический срез «фиксируются» перед тем, как их можно будет проанализировать. Процесс фиксации может включать обработку формалином, заморозку, гомогенизацию в пробирке и так далее. Понятно, что после таких манипуляций эксперимент заканчивается — воскресить клетку после того, как её растворили в кислоте, уже не получится.
GFP и подобные ему белки открыли возможность «слежки» за жизнью молекул без «ареста» целых клеток и тканей, в которых эти молекулы обитают. Достаточно снабдить микроскоп синим лазером и зелёным светофильтром: свечение безопасно для клеток, но о многом может рассказать учёным.
Возможности не ограничиваются белками. Определённые участки ДНК, например, могут регулировать работу генов, связанных с раком. Заменяя последние геном GFP и подвергая клетку различным воздействиям, мы можем, наблюдая за зелёным свечением, узнать, при каких условиях активируются механизмы, способные вызвать рак.
Это — только самые простые примеры использования GFP. Сегодня почти каждое исследование в области клеточной биологии использует тот или иной флуоресцентный белок. За открытие GFP в 2008-м году была вручена Нобелевская премия по химии.
Но для чего требуется вводить GFP в целые организмы?
Роль кантри-музыки в истории науки
Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно вспомнить ещё одну научную революцию девяностых. 5 июля 1996-го года на свет появилась самая известная в мире овца по имени Долли. Известность её заключалась в том, что геном Долли был получен не в результате слияния «половинчатых» геномов сперматозоида и яйцеклетки — как происходит у млекопитающих в норме — а путём пересадки «взрослого» ядра с «готовым» геномом в «пустую» яйцеклетку.
Самое интересное заключалось в том, что ядро, использованное для «воспроизведения» Долли, было взято из соматической (то есть не половой, предназначенной для размножения) клетки, а именно — из клетки молочной железы. С этим фактом, кстати, связано и имя Долли: с учётом такого источника генетической информации, овца была названа в честь американской кантри-певицы Долли Партон, известной своими пышными формами.
Сегодня успешно проведённым SCNT уже никого не удивишь. Процедура была опробована и на домашних животных, и на крупном рогатом скоте, и на многих других представителях млекопитающих. В чём польза таких экспериментов?
Во-первых, они позволяют клонировать уже имеющихся животных. Например, в Южной Корее с помощью клонирования размножают собак для работы на таможне — по расчётам специалистов, процедура клонирования в данном случае выгоднее традиционного разведения и дрессировки потенциально профнепригодных щенков. Тот же метод может потенциально использоваться для «воскрешения» вымерших видов.
Во-вторых, получение целых организмов из взрослых клеток открывает широчайшие возможности для генной инженерии. Методы введения новых генов в изолированные взрослые клетки многочисленны и хорошо разработаны. Если из таких модифицированных клеток можно получать целые организмы, то значит, можно манипулировать геномом собак и овец. Именно этот фактор является доминирующим в неизменном интересе научного сообщества к клонированию животных.
Инженерная смекалка и генетическая «рыба»
В принципе, вводить гены во взрослые клетки с целью дальнейшей пересадки ядра в «опустошённую» яйцеклетку — процесс довольно сложный и крайне малоэффективный. Куда проще работать с эмбриональными клетками. В этом случае их можно модифицировать и «подсадить» в эмбрион, когда он уже уверенно развивается.
К сожалению, такой метод доступен далеко не для всех животных. Технические затруднения (например, с культивированием эмбриональных клеток) на сегодняшний день позволяют рутинно проводить описанные операции только на мышах. Именно поэтому мыши — столь любимый биологами объект: мы попросту не умеем так легко генетически модифицировать других млекопитающих.
Итого, в большинстве случаев генетическая модификация других млекопитающих ограничена пересадкой ядра. Но, как уже упоминалось, этот процесс сложен, дорог и крайне малоэффективен. Пересадка ядра микроманипуляторами сама по себе не слишком проста, но с учётом того, что во взрослое животное развивается только каждая сотая полученная клетка, процесс и вовсе превращается в сизифов труд.
Например, в упомянутой недавней работе на свиньях использовалась патентованная коммерческая система из двух генетических «зондов», один из которых кодировал фермент из мотылька Trichoplusia ni, «вырезающий» нужный ген и интегрирующий его в геном клетки. Словом, на сегодняшний день генетическая инженерия ничем не уступает в сложности инженерии в традиционном понимании.
Здесь в дело вступает зелёный флуоресцентный белок. Если цель вашего исследования — оптимизация метода «пересадки гена» (неважно какого) во взрослый организм, то нет ничего более простого, проверенного и эффектного, чем GFP. В подобных исследованиях зелёный белок выполняет роль «рыбы» в вёрстках сайтов и журналов. GFP — это генетический lorem ipsum.
Модифицируй это
Зачем вообще нужна генетическая модификация животных? Для учёных, разрабатывающих новые методы SCNT, этот вопрос даже не стоит: возможности метода практически безграничны. Но чтобы не быть голословными, стоит привести хотя бы несколько примеров потенциального применения генетической модификации на практике.
1. Производство лекарств. Огромное количество лекарственных белков содержится в естественных источниках в настолько малых количествах, что выделить их оттуда не представляется возможным. На сегодняшний день большинство таких белков получают с помощью генетически модифицированных дрожжей и бактерий. Но эти организмы очень далеки от млекопитающих и не умеют в точности воссоздавать белки человека. Это может приводить как к низкой эффективности лекарств, так и к более серьёзным проблемам — например, аллергическим реакциям.
Вводя гены инсулина, интерферона, факторов свёртывания крови и многих других необходимых нам белков, например, в молочные железы коровам, мы можем получить настоящую фабрику лекарств, причём гораздо более высокого качества. Такие препараты уже существуют: например, антикоагулянт ATryn, полученный из молока трансгенных коз, одобрен для медицинского использования в Европе и США.
2. Ксенотрансплантация. Пересадка органов от животных людям могла казаться безумной идеей ещё двадцать лет назад, но сегодня это вопрос решения нескольких технических затруднений. В частности, особый интерес представляют всё те же свиньи, чья физиология по многим параметрам похожа на человеческую. Часть проблем отторжения и совместимости органов уже решена «отключением» некоторых свиных генов. Некоторые авторы утверждают, что ожидать появления парнокопытных доноров органов для человека можно в течение десяти лет.
3. Моделирование заболеваний. Мыши помогли учёным найти тысячи лекарств, успешно используемых на практике. Но грызуны сильно отличаются от человека, и далеко не все болезни можно моделировать на мышах. Например, крайне неэффективны мышиные модели в исследованиях инфаркта миокарда, болезни Альцгеймера и рассеянного склероза. Более эффективные методы генетической манипуляции других животных могут существенно облегчить жизнь биологам, врачам и миллионам пациентов.
4. Сельское хозяйство. Сегодняшняя репутация генетически модифицированных продуктов не оставляет особых надежд на скорое появление на прилавках ГМ-мяса. Тем не менее в условиях постепенного истощения почв и природных ресурсов, эффективность производства пищи на единицу площади плодородной земли может в обозримом будущем стать главенствующим фактором, особенно в развивающихся странах. В этой ситуации генетическая модификация окажется незаменимой: от повышения устойчивости скота к патогенам и физическим нагрузкам до увеличения выходов молока и мышечной массы. Кроме того, с помощью генной инженерии можно снизить негативное влияние скота на окружающую среду.
Иными словами, генная инженерия животных — это не просто светящиеся свиньи. Это решение многих проблем, которые другими способами решить просто невозможно. Об этом стоит помнить, даже если вы всё ещё боитесь есть генетически модифицированную кукурузу.
Мнение автора может не совпадать с позицией редакции
