Эволюция для всех, или Путь кентавра

Близко к самому началу своего развития живая природа изобрела половое размножение. При половом размножении потомок получается глубоко оригинальным среди собратьев по виду, ибо сочетание генов, которое он получает в наследство от двух предков, неповторимо. С другой стороны, сообщество, популяция глубоко индивидуальных организмов спаяно при половом размножении поразительным единством. Мутация в одном организме потенциально принадлежит всем. Популяция развивается как целое. С помощью естественного отбора закрепляются или отбрасываются те или иные признаки вида. Соответственно отбрасываются (как вариант: переходят в разряд скрытых, «спящих») одни гены общего генофонда или распространяются, закрепляясь, новые мутантные гены (вариант: выходят на поверхность гены, до того скрытые).

Не просто разные сочетания хромосом — этих надъединиц наследственности — определяют лицо потомка, есть и более тонкие механизмы, изученные классической генетикой. Число хромосом может удвоиться против нормы — это полиплоидия, она может дать дать крупных, жизнестойких мутантов-потомков. Одна хромосома может распасться на части и заменить участок другой хромосомы. Два организма разных видов или даже родов могут иногда «сложить» свои генные наборы. Тогда образуется редкость — гибрид-кентавр с наследуемой новой смешанной организацией. Таковы были знаменитый капустно-редечный гибрид Г. Д. Карпеченко, пшенично-ржаной гибрид тритикале, культурная слива. Подобные ухищрения селекционеров и классической генетики можно было, считает молекулярный биолог С. И. Алиханян, назвать генетической инженерией. Генетическая инженерия целиком еще ограничена естественными рамками полового размножения, скрещиваемости, которая еще изредка возможна между видами и родами растений, но становится неодолимым препятствием на пути более смелых попыток создания кентавров, соединения разнородных генных наборов — скажем, при скрещивании животных с растениями, позвоночных с беспозвоночными, млекопитающих с лягушками, хищных с травоядными или хотя бы парнокопытных с непарнокопытными.

На уровне полового размножения генофонд популяции, и, в конечном счете, вида, почти во всех случаях отгорожен от генофондов других видов и родов животных. Получается нечто похожее на то, что было на уровне неполового размножения: вид с видом может взаимодействовать только «экологически» — либо борясь за существование, либо еще проще — поедая один другой. Виды-братья при половом размножении генетически так же глубоко, трагически разобщены, как особи при неполовом. Общее у видов, а тем более родов, классов и т. д. — только в прошлом, ни в настоящем, ни в будущем им — так думали еще недавно — не обогатить друг друга полезными генными приобретениями…

И вот новый этап на пути развития как экспериментальной, так и теоретической биологии — рождение уже не генетической, а генной инженерии, когда направленное, точное вмешательство переносится вглубь, на более первичный уровень организации живого вещества. Генная инженерия занимается операциями по пересадке небольших групп генов и даже отдельных конкретных генов. Цель генной инженерии — создание совершенно новых организмов с заранее заданными свойствами!

ВСТУПЛЕНИЕ ВТОРОЕ: ОТ ИЗВЕСТНОГО

В 1973 году группа американских ученых обратилась в Национальную академию наук США по поводу потенциальной биологической опасности опытов по сшиванию новых молекул ДНК. Отдельными участками нитей этого биополимера — дезоксирибонуклеиновой кислоты — и являются гены.

Специальная комиссия академии во главе с одним из ведущих «генных инженеров» П. Бергом в июле 1974 года обратилась к ученым всех стран с призывом наложить добровольный мораторий (временный запрет) на целый ряд экспериментов, чреватых страшной опасностью для человечества.

24-27 февраля 1975 года международная конференция ученых в Асиломаре (США) сняла мораторий, но разработала целый ряд правил в области генной инженерии.

В январе 1977 года, на подобной же конференции в Майами генные инженеры углубили и дополнили строгие правила своих экспериментов.

С 1996 года в России действует закон «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности»

Генная инженерия действительно может быть опасной в беспечных или преступных руках. Она в принципе может создать новых болезнетворных микробов, с которыми организм человека бороться не умеет и на которых не действуют никакие лекарства. С другой стороны, генная инженерия — это поистине «горячая точка» современной науки. Благодаря ей, как писал академик А. А. Баев, «экспериментальная биология вступила в новую фазу своего развития, которую можно было бы назвать творческой, так как человек здесь скорее выступает в роли созидателя, чем робкого наблюдателя природы».

ВСТУПЛЕНИЕ ТРЕТЬЕ: СУТЬ ДЕЛА

Первый этап работы генного инженера обычно состоит в том, чтобы подобрать хорошего переносчика генетической информации. Переносчиком, иначе, вектором, могут быть фаг, вирус и еще плазмида — крошечное тельце, состоящее из ДНК. Дело в том, что в природе именно фаги, вирусы и плазмиды часто переходят из клетки в клетку, то встраиваясь в генный набор хозяина, то отсоединяясь от него снова. И если вирус и фаг, в основном, это враги и паразиты клеток, то роль плазмиды изначально другая. Она добавляет в клетку ту генетическую информацию, которой там не хватает, например, у бактерий некоторые плазмиды вызывают что-то похожее на половое размножение, рекомбинацию, обмен генами между бактериями.

Второй этап работы генного инженера состоит в том, чтобы подобрать, выделить (или синтезировать) тот — донорный — ген, который нужно перенести с помощью «вектора».

Потом этот ген (или фрагмент ДНК, включающий нужный ген) нужно соединить, сшить с вектором и отправить этот гибрид в клетку-реципиент. Там, в клетке, вектор присоединится к хромосоме хозяина, встроится в наследственность клетки. Клетка, делясь, уже передает по наследству новую генную запись, и она и ее потомки обладают свойством, определяемым встроенным геном…

Так и сделали, еще двадцать лет назад, например, Л. Тихомирова, А. Солонин и Л. Петровская вместе со своим руководителем Н. Матвиенко. Сделали дважды. Сначала разрезали пополам ДНК фага «лямбда», вшили туда плазмиду и этот гибрид ввели в бактерию — кишечную палочку. Потом они поступили «наоборот». Вектором-переносчиком стала плазмида. Ее кольцевую молекулу ДНК разрезали в одном месте. В разрез «вставили» один из фрагментов фага «лямбда».

Плазмида, или фаг, вооруженные несвойственным и ненужным им самим геном, впускаются в культуру кишечных палочек. В обоих случаях часть кишечных палочек приобретает новые гены, а значит, и новые свойства. Чистую культуру бактерии с новой наследственностью получают, используя принцип отбора. Чашечку с бактериями подвергают испытаниям, которые могут выдержать только те бактерии, которые усвоили новые гены… И вот перед исследователем чистая культура кишечной палочки с новым, невиданным в природе сочетанием наследуемых свойств. Эти свойства можно проверить, выявить на любом этапе эстафеты поколений быстро размножающейся бактерии. Новый организм, сконструированный методами генной инженерии!

ВСТУПЛЕНИЕ ЧЕТВЕРТОЕ: СКВОЗЬ ТЕРНИИ…

Но такая, бегло рассказанная суть работы генных инженеров не отражает, конечно, и доли истинного содержания всех этих понятий: «взял» (как взять-то молекулу, что за пинцет такой?), «разрезал», «сшил». На каждой из этих операций — масса мучений, кропотливой работы, неудач.

Фаг лямбда… Один из простейших «атомов жизни», носителей собственной наследственности, предмет изучения целого поколения «лямбдологов» (термин, может быть, и не официальный, но уже вполне не шутливый).

Как и многие другие вирусы и фаги, «лямбда» может встроиться в генный набор клетки хозяина, не причиняя ей вреда. Потом отделиться, снова стать фагом. И оказывается, не всегда это повторное отделение происходит по месту первоначальной сшивки. Иногда фаг «забывает» часть своих генов в чужом геноме, иногда прихватывает чужие гены и переносит их в другую клетку. Этими природными свойствами фагов (а также вирусов и плазмид), как переносчиков генов, и воспользовались генные инженеры.