Эволюция для всех, или Путь кентавра - Александр Гангнус

Пущинские генные инженеры взяли для своих опытов не «дикий» фаг «лямбда». Дикий не годится! У него жесткая белковая «головка», в которую ДНК этого фага просто упрется, если ее сильно удлинить. А ДНК нужно именно удлинить, «пришивая» чужие гены. Выведенный в США специальный лабораторный мутант фага содержал укороченную нить ДНК. Это расширяло возможности исследователей и к тому же выброшенный, несущественный для главных функций фага кусок ДНК содержал одну из точек разрезания. Это уменьшало на один количество фрагментов ДНК, полученных после обработки ее рестриктазой. Но для более точного конструирования на молекулярном уровне нужно было добиться, чтобы молекула фага-переносчика содержала только одну точку разрезания!

Это составило лабораторное содержание первой части работы молодых — тогда — ученых. Здесь пригодилось неиссякаемое терпение Лаймы Тихомировой.

Применяя уже знакомые нам методы «отбора в пробирке», пущинские экспериментаторы начали выделять из массы единиц лабораторного фага те, которые были наиболее устойчивы к действию рестриктаз. Сначала им удалось вывести мутант, разрезаемый рестриктазой не в четырех, а в трех точках. Затем из него тем же методом терпеливого культивирования — мутант, разрезаемый в двух точках, затем в одной… Этот выведенный в отделе А. А. Баева в лаборатории Матвиенко штамм и стал «вектором», переносчиком в первом эксперименте пущинских генных инженеров.

Плазмида, взятая в качестве донора новой генной информации, разрезалась рестриктазой в одной точке, но оставлялась целой — просто из кольцевой ее ДНК становилась нитевидной (с «липкими» тоже кончиками). И вот обрезки видоизмененного фага и нитевой плазмиды смешиваются в пробирке. «Липкие» концы обрезков слабо связываются друг с другом.

После этого в смесь добавляется фермент ДНК-полинуклеотидлигаза, действие которой — обратное действию рестриктаз. Лигаза окончательно сшивает отрезки ДНК и тщательно заделывает швы.

Эксперимент был закончен…

В одной из лабораторий Франции ученые искали способ борьбы с одним из наследственных заболеваний человека. При этом заболевании в клетках человека врожденно покалечен ген, управляющий производством некоего фермента. Фермент очень нужный, его отсутствие сопровождается тяжелыми нарушениями обмена. Неожиданно этот самый ген нашли в некоторых вирусах… Появилась смелая идея — воспользоваться вирусом, чтобы излечить наследственное заболевание человека.

Для начала решили провести опыты на мышах. Есть такой чисто «мышиный» вирус папиломы. Он вызывает у мышей заболевание: образование на поверхности тела папилом, чего-то вроде бородавок. Этот вирус как раз из тех, содержащих нужный ген.

Мышей заразили вирусом, они заболели. Одновременно мышей исследовали на содержание в их тканях того самого фермента. Его стало больше, чем у незараженных!

И тут произошло неожиданное. Сама жизнь закончила этот опыт намного раньше времени. У сотрудников лаборатории тоже обнаружилось увеличение производства фермента! В чем дело? Вирус ведь специфический, мышиный! Да, мышиный, и поэтому он в организме человека самостоятельно не размножается, не поражает клеток, не образует папилом. Но он проникает в геном человека, встраивается в него в виде дополнительного набора генов. А среди этих генов — ген, управляющий производством того самого фермента. Если бы среди сотрудников лаборатории оказался ребенок, страдающий наследственной болезнью, с которой они хотели бороться, он бы вылечился!

Могут сказать, что этот случай не имеет прямого отношения к генной инженерии. Да, над ДНК не производили никаких операций, нужный донорный ген встроился в геном нового хозяина естественно, в составе ДНК своего вируса. Но аналогия с перспективами и проблемами генной инженерии самая выразительная.

Да, приобретая власть над генами, человек вплотную подступает к решению многих, вчера казавшихся фантастикой задач. И при этом есть риск неуправляемого, побочного, неожиданного, результата. К счастью, некоторый избыток фермента, который вырабатывается теперь в организмах сотрудников французской лаборатории, безвреден. А если бы было не так?

Итак, какие практические выгоды сулит человечеству генная инженерия?

У человека есть масса наследственных болезней, полное излечение которых обычными методами медицины не удается. Случай, произошедший во французской лаборатории, — только случай. На случай нельзя ориентироваться. Американские «генные инженеры» К. Меррил и Х. Станбро попытались нащупать пути излечения еще одного наследственного заболевания — галактозной недостаточности. К счастью, есть способ, позволяющий производить опыты с клетками человека, не подвергая опасности человека. Клетки любого высшего животного можно заставить размножаться в лаборатории, в чашечках, размножаться массой, без образования тканей, органов. С культурой человеческих клеток, больных галактозной недостаточностью, ученые и производили свой опыт.

В качестве «вектора «-переносчика они использовали мутант того же фага «лямбда» со встроенным в него тем участком ДНК из кишечной палочки, где находится галактозный оперон — группа генов, способная «организовать» производство недостающего соединения. Гибридный фаг впустили в культуру больных клеток человека. В 1974 году Меррил и Станбро объявили, что клетки излечились!

Похожий опыт провела группа ученых США и в 1975 году, излечив клетки, больные так называемым бета-ганглиозидозом.

Не менее привлекательна «обратная задача»: встройка генов высших, скажем человека, в геномы низших, например бактерий. Для чего это надо?

Да для того, чтобы простыми, дешевыми, массовыми методами производить различные лечебные сыворотки, гормоны: ростовой гормон гипофиза, иммуноглобулины — вещества, побуждающие ослабленный детский организм сопротивляться всякой инфекции, белки, позволяющие подавить гемофилию — наследственную несвертываемость крови.

На этом пути есть успехи. Способом, похожим на примененный пущинцами — с помощью рестриктазилигаз, — сумели встроить в плазмиды гены из ДНК морского ежа, управляющие синтезом некоторых белков. Сумели встроить один из генов любимого лабораторного животного генетиков — мушки дрозофилы в геном столь же любимой микробиологами кишечной палочки-выручалочки.

Уже продается в аптеках и спасает жизни миллионов людей человеческий (а не животный, как прежде) инсулин, лекарство от «сахарной болезни» — диабета, полученный в культурах снабженных человеческим геном бактерий.

В сельском хозяйстве трансгены тоже уже работают и приносят прибыль. В 1986 году удалось пересадить один ген из бактерии «тюрингская бацилла» в геном табака. Это был ген, который управлял строительством белка — токсина, то есть яда для насекомых-вредителей этого растения. Ученые продолжают опыты, и уже почти в новом тысячелетии сумели пересадить этот же ген из той же бациллы в культуру риса. Рис — сам! — стал убивать своих двух злейших врагов, желтого и полосатого пилильщиков.

Одна из плазмид, Ti-плазмида перенесла в тот же табак ген, в 10 раз повысивший в растении содержание аспирина, салициловой кислоты и тем избавила его от трех заразных заболеваний и повысила устойчивость к ужасу табаководов — вирусу табачной мозаики. Но эти же чудо-фаги и плазмиды иногда по совершенно непонятным причинам, привнеся тот или иной ген в то или иное растение, не только ничего путного не совершают, но и действуют наперекор, не усиливая тот или иной нужный признак, а даже и подавляя его окончательно. Поиск во многом все еще идет вслепую…