Гомункул
или как ученым удалось создать искусственную жизнь
…Блики от факелов и очага играют на каменном потолке, и от этого кажется, что в мрачном подземелье сейчас свершится нечто ужасное. Хорошо одетый человек с ухоженной бородой совершает странные манипуляции то над углями очага, то над столом, уставленным колбами и ретортами. Кажется, он вершит великое таинство.
Если бы эту картину видели отцы святой инквизиции, то не сносить бы благообразному старику голову. Но нет. Никто не знает, чем Арнольд из Виллановы занимается в подвале своего дома в Валенсии в ночь с 30 апреля на 1 мая 1308 года от рождества Христова. Да и что инквизиция? Однажды она уже пыталась подобраться к нему. Но руки у следователей оказались коротки. Те, кто сумел свалить могущественный орден тамплиеров и сейчас пытал в своих застенках его магистра Жака де Моле, ничего не смогли сделать с простым врачом. Правда, этот доктор лечил Папу Римского и некоторых других влиятельных сеньоров. Но все же, все же… Пришлось, конечно, публично отказаться от некоторых своих работ. Ну да чего не скажешь для пользы дела. Но прочь, прочь посторонние мысли. Сегодняшняя ночь принадлежит одному великому замыслу. Сегодня на этом столе должна родиться новая жизнь. Вот-вот в пробирке появится ОН – человек, рожденный без материнской утробы.
Главный сосуд стоит в центре стола, похожего на алтарь. В нем сложная смесь. Алхимик считает – гомункула можно создать только из долго прогреваемого мужского семени. На протяжении 40 дней он кормил семя конским навозом и магнетизировал. Рецепт, который уравняет его с Господом, слепившим из глины Адама, близок к завершению. Осталось совсем чуть-чуть…
Арнольд из Виллановы так и не смог создать искусственную жизнь. Не удалось это и длинной веренице его последователей. Но от самой идеи не отказались до сих пор. И вот, не далее как в мае нынешнего года звезда современной генетики Крейг Вентер выступил с сенсационным заявлением.
Ученый объявил, что с помощью команды единомышленников впервые получил синтетическую жизнь. Сбылась мечта средневековых алхимиков – живое существо появилось в пробирке. СМИ, начиная с уважаемого научного журнала «Сайнс» и заканчивая последним таблоидом, уже трубят о новой ступени в развитии человеческой цивилизации. Одни сравнивают Вентера с Богом, другие говорят, что он всего лишь шарлатан от науки, раздувший из ничего не значащего эксперимента целую историю. Так или иначе, мировая научная и околонаучная общественность бурлит. Естественно, мы не могли пройти мимо.
Суть эксперимента в следующем. Ученые взяли бактерию-паразит Mycoplasma mycoides (обнаруженную, кстати, при изучении плевропневмонии у коров). Надо сказать, что Вентер очень любит использовать ее в своих опытах. На сегодняшний день этот организм считается чуть ли не самым простым: его ДНК в 3000 раз проще, чем у человека. Далее начался процесс расшифровки ДНК бактерии. Ученые работали неторопливо и скрупулезно, чтобы ничего не упустить. Ведь они собирались воссоздавать микроорганизм вручную. А потому, для гарантии, генную последовательность восстанавливали не один и не два раза, а целых 10.
И только после этого началось самое интересное – строительство нового организма. Это было похоже на пазл. Дело в том, что создать живую клетку сразу нельзя. Пока ученые не могут выстраивать цепь ДНК полностью. Она рвется, как только превышает 5-7 сотен звеньев-нуклеотидов. Поэтому для создания последовательности из миллиона таких «кирпичиков» (а именно столько содержит организм, который решено было воспроизвести) пришлось делать «кассеты». В каждую из них вошло 1000 нуклеотидов. А уже из «кассет» начали строить геном. Причем сборка происходила в клетках кишечной палочки. Так оказалось проще «склеить» фрагменты.
Последний этап эксперимента очень напоминал операцию по трансплантации. Полученный геном вживили в Mycoplasma capricolum – родственницу Mycoplasma mycoides. Делалось это вот для чего. Доказано, что все особенности человека, как и любого другого живого существа, определяются ДНК. То есть если в жирафа каким-то образом вмонтировать код, например, коровы, то теоретически он в нее и превратится. Поэтому когда в одну клетку поместили геном другой, она стала почти точной копией своей родственницы, всего лишь с небольшими отличиями.
На эту работу было потрачено 15 лет. В результате новое существо, фактически созданное компьютером, может жить, питаться и даже размножаться. Кстати, этот организм получил имя – Синтия.
Вентер считает, что его работа сравнима с изобретением электроники в 30–40-х годах прошлого века. «Такие технологии – это инструмент для решения стоящих перед нами проблем. Сейчас на Земле живет немногим меньше семи миллиардов человек, и мы не в состоянии обеспечить всех продовольствием, чистой водой, медикаментами, энергией. А лет через 30–40 лет население может вырасти до девяти миллиардов, – говорит он в интервью. – И как же удовлетворить их потребности? Без науки тут не обойтись. Биология как раз дает нам способ получить из новых источников топливо, например из углекислого газа, а также пищу, лекарства, вакцины и так далее». Звучит здорово. А что же на практике может принести нам новое изобретение и генетика вообще?
Крейг Вентер родился 14 октября 1946 в Солт-Лейк-Сити. С юности был прекрасным спортсменом. Ветеран войны во Вьетнаме. Степень бакалавра биохимии получил в 1972 году, а через 3 года стал уже доктором в Университете Калифорнии. Именно он быстрее и дешевле всех расшифровал геном человека.
Из этого наш герой устроил настоящее шоу. Он затеял соревнование не с кем-нибудь, а с целым международным консорциумом, включавшим Центр Сэнгера из Великобритании, ряд университетов в разных странах и Национальный Институт Здоровья США. Самое удивительное, что лаборатория Вентера подошла к завершению проекта одновременно с огромной международной махиной. К тому же сделала это так удачно, что было решено, так сказать, на паях объединить усилия их исследований.
Но на этом история не закончилась. После совместной работы ученый вдруг заявил, что его компания имеет исключительное право на результаты исследований и извлечение из них коммерческой выгоды. Возможно, ему удалось бы настоять на своем, но в дело вмешались тогдашний президент США Билл Клинтон и премьер-министр Британии Тони Блэр. Они официально заявили, что планируют передать результаты исследования консорциума общественности, чтобы ученые всего мира могли абсолютно свободно использовать их в своих работах. Только это и спасло мир от создания коммерческой монополии. На этот раз научной.
Кстати, государственное вмешательство уже не в первый раз становится поперек горла дельцам от науки. В начале 50-х, опять же в Америке, была разработана новая прививка против полиомиелита – «Вакцина Солка». На ней могли бы сделать миллионы, однако по решению Конгресса США и президента вместо того, чтобы продавать ее в другие страны, всем желающим предложили возможность ознакомиться с американской технологией и использовать ее. Причем абсолютно бесплатно.
Но вернемся к Вентеру. Он всегда рядом с любым скандалом в области биохимии. Ученый мир считает его авантюристом, но относится благосклонно. А ученый тем временем все больше превращается из исследователя в бизнесмена. Собственно, даже группу, работавшую над последним исследованием, возглавлял не он, а нобелевский лауреат Гамильтон Смит.
Что дальше?
На этот вопрос ответить сложно. И не потому, что непонятно, куда двигаться – просто от открывшихся перспектив захватывает дух. Если говорить о конкретных вещах, то, по мнению Вентера, его изобретение поможет решить сразу несколько проблем. В частности, он предлагает вырастить специальные водоросли, поглощающие углекислый газ, создать новое топливо, лекарства и пищевые добавки.
Кстати, разработка замены бензина – одно из важных направлений работ лаборатории Вентера. Ученый говорит, что его горючее будет иметь не растительное происхождение, как принято считать. Он планирует делать его из сахара или… солнечного света. Подробностей исследователь не разглашает: этот проект для него чисто коммерческий. «На рынке топлива крутятся триллионы долларов, – говорит он в интервью журналу «Русский Ньюсуик». – Даже получив малую долю этого рынка, мы будем в выигрыше. И потом, здесь нет тех препятствий, с которыми мы сталкиваемся в фармацевтической промышленности. Чтобы выпустить новое лекарство, требуется 12–15 лет. В энергетике речь идет о периоде от двух до пяти лет. Думаю, в этой отрасли экономическая выгода, если она вообще есть, станет очевидна очень скоро». Об этих 5 годах Вентер и говорит. И если за этот срок результатов не будет, значит, по мнению Вентера, он и его команда идут по неверному пути.
Но в перспективе топливом и водорослями все не ограничится. Представьте себе, что после усовершенствования метода можно будет воссоздать любое живое существо. На самом деле, от выращивания гомункула, о котором столько лет мечтали алхимики, никакой практической пользы нет. Так, в «Собачьем сердце» М.А. Булгакова профессор Преображенский, обсуждая операцию по превращению пса Шарика в человека, говорит, что нет смысла создавать нового человека искусственно, пока любая женщина может его родить естественным путем. То есть штука интересная с теоретической точки зрения, но практического смысла имеет не больше, чем цирковой фокус. Причем затянувшийся и дорогостоящий.
Совсем другое дело – создавать что-либо, до сих пор не существовавшее в природе. Разумеется, речь идет о животных (растениях, бактериях – нужное подчеркнуть), полезных для человека. Собственно, сложные организмы выращивать, в общем-то, и не надо. Это генетическая расточительность. Скорее всего, ученые начнут с колонии бактерий, которые будут вольно «пастись» на каких-нибудь отходах, превращая их в коровье молоко или, скажем, в топливо.
Правда, перспектива тут не близкая. Более того, некоторые считают, что и вовсе недостижимая. Во всяком случае, не с помощью метода Вентера. Например, биолог Евгений Нудлер, профессор биохимии Нью-Йоркского университета и заведующий московской лабораторией молекулярных механизмов старения «Геронлаб», заявил в интервью «Ленте.Ру»: «Чудесные организмы, о которых говорит Вентер, можно получить и более простыми способами, которые доступны в любой лаборатории. Сегодня мы умеем изменять гены, всячески тасовать их, вставлять и убирать из генома огромные куски. Для того чтобы сделать, например, бактерию-производителя лекарств, совершенно не обязательно заново создавать целый геном. Чем больше фрагмент ДНК, который вы вставляете в геном, тем сложнее его «запихнуть» в клетку. Поэтому намного проще добавить в бактерию только несколько важных вам генов, чем пытаться вставить в нее целый новый геном». Что же касается более сложных организмов, вроде животных и людей, то по методу американского ученого их просто невозможно воссоздать, считает Нудлер.
Методику выведения гомункула описывает профессор, заведующий лабораторией в университете Ратгерса, а также лабораториями в институте молекулярной генетики и институте биологии гена, Константин Сиверинов: «Для того чтобы повторить этот эксперимент для организмов, клетки которых имеют ядро, потребуется, во-первых, создать «работающие» искусственные хромосомы – в отличие от бактерий, у эукариот с ДНК связано гораздо больше различных белков и большое количество информации имеет эпигенетический характер, то есть не закодировано в самой последовательности ДНК, а во-вторых, придумать метод помещения ДНК в ядро, из которого удалены предсуществующие хромосомы. Пока у ученых нет технологий, которые позволяют это делать. В качестве альтернативы можно пытаться создавать искусственное ядро, а это исключительно сложная задача».
Однако он отдает должное Вентеру, считая, что его работа позволит многое узнать о ранее неизученных микроорганизмах. Метод предлагается следующий. Биологам сегодня известно множество геномов, но менять гены они могут далеко не во всех. Наиболее просто результат достигается с кишечной палочкой и некоторыми другими бактериями, дрожжами, червяком-нематодой, лягушкой, мухой и мышью. Так вот, если геном неизвестного организма по методу Вентера пересадить в клетку известного, то можно будет увидеть, как он повлияет на реципиента. То есть использовать метод сравнения с эталоном. Правда, есть существенная проблема. На такие эксперименты потребуются колоссальные суммы денег. А потому, пока метод американского ученого не подешевеет, предложение Сиверинова – утопия.
Некоторые представители науки считают, что все исследования Вентера – это трюкачество. Ну и что такого случилось, спрашивают они. По словам скептиков, все выглядит следующим образом. Экспериментаторы взяли две книги одинаковой толщины. Достали из них страницы, оставив одни обложки. Потом переписали текст одной из книг вручную. Отнесли его в типографию, там набрали на компьютере и опять распечатали. После переплели новые страницы, и вставили в пустую обложку второй книги. Так в чем достижение?
Тем не менее, несмотря на многочисленную критику, общественность ждет чуда. Хотя есть и те, кто, не отрицая самого факта научного прорыва, считает, что ничего хорошего из этого не выйдет. Пессимисты говорят, что скандальный ученый открыл ящик Пандоры, способный уничтожить всю человеческую цивилизацию.
Ящик Пандоры
Все помнят историю Пандоры – женщины, сотворенной по воле Зевса Гефестом. Она узнала, что в доме ее мужа есть ларец, который ни в коем случае нельзя открывать, но из любопытства все-таки заглянула туда. И на мир обрушились неисчислимые беды.
По мнению некоторых ученых, генная инженерия может оказаться чем-то подобным. Например, специалист по научной этике Том Дуглас заявил: «Я считаю, что самая большая опасность этого открытия не в том, что ученые смогут создать искусственную жизнь, а в том, что могут создать микроорганизмы, которые могут быть использованы в разработке биологического оружия».
Ему вторит Дженнифер Миллер, исполнительный директор организации «Bioethics International»: «При появлении новой технологии мы должны оценить и потенциальную пользу, и вероятные риски. Существует опасность, что изобретение попадет в руки людей с сомнительными целями, например, террористов».
Спор, возникший вокруг открытия, очень похож на неутихающие дебаты о генномодифицированных продуктах. Причем однозначного мнения до сих пор нет. С одной стороны, ГМ-растения проще выращивать и они дают хороший урожай. А с другой…
ГМ-свекла, устойчивая к гербициду, позволяет легко бороться с сорняками. То есть плантации этого корнеплода можно спокойно поливать отравой, при этом не вредя основной культуре. Но выяснилось, что при таком раскладе свекла начинает накапливать гербицид, становясь опасной для человека. Или вот еще пример. В Канаде начали разводить ГМ-рапс. Его тоже не берет отрава для сорняков. Зато сам рапс превратился в сорняк, и как с ним теперь бороться – неизвестно.
Отдельно стоит проблема влияния ГМ-продуктов на потомков потребляющих их людей. Ведь новая пища появилась не так давно – проследить, не окажет ли она какого-нибудь негативного воздействия, пока не представлялось возможности.
По поводу «людей с сомнительными целями», о которых говорила Миллер, тоже не все понятно. Ведь и атом когда-то покоряли в мирных целях, а в результате все вылилось в бомбардировку Хиросимы и Нагасаки. Между тем, доподлинно известно, что новым открытием уже заинтересовались в Белом доме. Кстати, параллели между работой Вентера и атомной бомбой проводят многие.
Да и террористическую угрозу никто не отменял. 4 года назад достоянием общественности стала работа Роджера Брента, разъясняющая общественности, что благодаря нынешнему уровню генетики один лаборант с минимальным набором нужных ресурсов может создать биологическое оружие. Причем не менее опасное, чем ядерная бомба.
Генетический терроризм
Разного рода спецслужбы всегда утверждали: чтобы создать биологическое оружие, необходимо очень многое. Нужны лаборатории, толпы ученых и куча денег. Они это говорили со столь уверенным видом, что им нельзя было не поверить. Но на практике оказалось, что все не так безоблачно.
Брент пишет, что для создания штамма какого-нибудь смертельного заболевания достаточно иметь доступ к препаратам, находящимся в свободной продаже. Деньги потребуются немаленькие, но отнюдь не миллиарды долларов. А террористы, как известно, в основном люди небедные. Вспомним хотя бы пресловутого Усаму бен Ладена, мультимиллионера и сына мультимиллионера. Собственно, приблизительную смету Брент вместе со своим другом Полом Боутином тоже составил.
Для начала покупаем аппаратуру. Для создания любого генетического материала нам нужен так называемый ДНК-синтезатор. Он чем-то похож на струйный принтер, собирающий из реактивов ДНК. Боутин и Брент нашли такой аппарат прямо на интернет-аукционе. Бывший в употреблении агрегат выставляется по цене от 5 до 43 тыс. долларов в зависимости от модели и амортизации.
Следующий пункт – сырье. На закупку всего необходимого для создания, например, оспы потребуется 200 тыс. долларов. Сумма довольно серьезная, но по сравнению с поставкой очередной партии оружия в какой-нибудь Вазиристан или Афганистан не впечатляющая.
Понятно, что биологическое оружие не делается на коленке. Нужна лаборатория и люди. Тут речь пойдет о еще большей сумме. Брент называет 2 млн. долларов. Для простого смертного солидно. Но если учесть, что бюджет талибов составляет приблизительно 300 млн. долларов в год, а в горах Афганистана не то что лабораторию, но и целые заводы по производству наркотиков прячут, то и тут ничего невозможного нет.
Следующая проблема – найти нужную генетическую последовательность, чтобы вместо смертельно опасного вируса не получилась какая-нибудь безобидная ерунда. Ученый говорит, что и тут на помощь террористам придет Интернет. Более того, существуют фирмы, которые могут синтезировать нужную последовательность и выслать ее почтой. Правда, вряд ли они станут делать что-то реально опасное. Хотя кто-то может и не устоять перед большими деньгами. Но, в общем, это и не требуется. Им можно заказывать куски необходимых последовательностей, чтобы потом собрать их самим в смертельный вирус.
Чтобы не быть голословным, Ботуин, не занимавшийся до этого генетикой, под руководством Брента без всяких серьезных затрат заставил светиться пивные дрожжи. Для этого в них был «внедрен» кусочек кода от медузы. Это, конечно, не оспа, но ведь никто и не тратил на это много времени и денег.
Однако и это еще не все. Коллега Брента Роб Карлсон полагает, что через 10 лет создать биологическое оружие станет так же легко, как разработать сайт. И стоить это будет уже не миллионы долларов, а гораздо дешевле.
Собственно, некогда казалось невероятным, что кто-то сможет собрать атомную бомбу «в домашних условиях». Однако в 1964 году Пентагон реализовал секретный проект. Двум студентам-физикам, далеким от создания атомного оружия, было предложено изготовить его, используя только общедоступные источники. Один из участников эксперимента позже вспоминал, что все, что он знал о ядерной бомбе – то, что для взрыва нужно быстро соединить какое-то количество быстро расщепляющегося вещества.
И что вы думаете? Через два года эти ребята сделали то, чего от них хотели! Кстати, разведка очень внимательно контролировала весь ход работ, чтобы студенты ни в коем случае не нарушили главного условия – только открытые источники. И заметьте, тогда еще никакого Интернета и в помине не было.
Оптимисты от биотехнологий
И все-таки далеко не все так мрачно смотрят на вещи. Область применения биотехнологий крайне обширна. С их помощью, например, даже надеются побороть глобальное потепление. Американский физик, математик и футуролог Фримен Дайсон считает, что можно создать специальные растения, поглощающие парниковые газы. В текст своей лекции, прозвучавшей в марте прошлого года, Дайсон включил такие данные: атмосфера приблизительно половины земной поверхности, не занятой городами, каждый год становится на треть миллиметра выше за счет образования биомассы, поглощающей углекислый газ. Ученый считает, что генетики могут усовершенствовать некоторые растения, и они будут делать это быстрее.
Еще одно направление биоинженерии поможет если и не забыть о голоде, то избавить от него целые регионы. Ведь в середине прошлого века уже произошла одна «Зеленая революция». В результате, например, на Филиппинах удалось в 2 раза повысить урожайность риса. Это предотвратило в некоторых странах Азии нехватку пищи.
Отдельной строкой стоит генная медицина. Уже сегодня, исследуя ДНК человека, можно очень точно определить его заболевания. Любой врач вам скажет, что правильная диагностика – это половина лечения. Более того, уже сейчас научились «отключать» или изменять больные гены, тем самым помогая организму справиться с недугом. Пока, правда, такие опыты ставятся только на животных.
Например, в США успешно борются с раком у собак. В клетку опухоли пересаживают ген герпеса и он делает ее чувствительной к антибиотикам. В результате лечение ранее смертельной болезни становится вполне возможным.
В Китае у свиней удалось получить клетки, способные развиваться в любой тип тканей организма. Теперь ученые надеются, что смогут вырастить печень, поджелудочную железу, мышцы, хрящи, стенки кровеносных сосудов и многое другое. Разумеется, в качестве подопытного животного свинья выбрана неслучайно – ее органы очень похожи на человеческие. Тем, кто нуждается в трансплантации, теперь не придется выстаивать длинные очереди, рискуя так и не дожить до спасительной операции. А ведь это миллионы спасенных жизней.
Ну и, наконец, воздействуя на человеческую ДНК, генетики рано или поздно смогут вывести новую породу людей, не имеющих врожденных заболеваний. Ведь зная генетические отклонения родителей, их можно будет предотвратить у ребенка.
Так что, несмотря на обвинения пессимистов в свой адрес, Вентер заявляет: «Мы пробуем создать новую систему ценности для жизни. Ведя дело в таком масштабе, вы не можете ожидать, что каждый будет счастливым».
Кстати, в нашей стране можно получить генный паспорт. Для этого не требуется быть миллионером. Услуга стоит 40 тыс. белорусских рублей. Занимается этим «Институт генетики и цитологии НАН Беларуси». Исследовав каплю вашей крови, вам сообщат, к каким заболеваниям вы предрасположены. При этом врачи дадут ряд рекомендаций, как избежать развития болезней.
