Кошки, гены и эволюция - Павел Михайлович Бородин

те из них, которые начали излучать красный свет, выделили из них ядра и перенесли в яйцеклетки, из которых предварительно удалили собственный генетический материал. Из этих реконструированных яйцеклеток развились два трансгенных котенка, у которых красный флуоресцентный белок синтезировался практически во всех клетках тела. В ультрафиолете открытые участки кожи этих котов светились мистическим красным светом. Их потомки унаследовали ген красного флуоресцентного белка и способность светиться280. Интересна последняя фраза в статье, где описаны эти коты: “Данная технология будет полезна для направленного создания моделей наследственных болезней человека и «дизайнерских котов»”.

Самая очевидная мишень для трансгенеза – это гены устойчивости к болезням. Коты, как и люди, страдают от синдрома приобретенного иммунодефицита. И у котов, и у людей эту болезнь вызывают очень сходные друг с другом вирусы FIV (вирус иммунодефицита кошек) и HIV–1 (вирус иммунодефицита человека). Размножение этих вирусов в организме могут ограничить или вовсе предотвратить определенные белки. Ген одного из таких белков, TRIMCyp макаки резуса, внесли в яйцеклетки кошек281. Чтобы следить за успешностью интеграции трансгена в кошачий геном, его сшили с геном зеленого флуоресцентного белка.

Обратите внимание на разницу в подходах. В предыдущей работе ген красного белка сначала вносили в ядра фибробластов, потом выбирали трансформированные ядра и ими уже заменяли ядра яйцеклеткок, то есть прибегали к процедуре клонирования, эффективность которой до сих пор крайне низка. Сейчас клонирование заменили прямой инъекцией трансгенов в мужское или женское ядро (пронуклеус) только что оплодотворенной яйцеклетки. Эффективность такого подхода выше.

Эта процедура тоже требует ювелирной микрохирургии и не дает стопроцентной гарантии. Мало внести трансген в ядро. Нужно, чтобы он встроился в хозяйскую ДНК. Но и встройка сама по себе ничего не гарантирует. Геномы млекопитающих за миллионы лет войны с ретровирусами выработали множество механизмов их обезвреживания. Один из них – отключение транскрипции чужеродной ДНК, и в особенности многократно повторенной ДНК. Они даже собственные повторы на всякий случай отключают, навешивая на их нуклеотиды специальные блокаторы транскрипции, а потом еще плотно упаковывая хромосомными белками. Трансгены дают клеточным охранникам все основания для тревоги. Они очевидно чужие, потому что приходят в составе вирусной частицы. Более того, они часто встраиваются кассетами, чем еще больше раздражают охрану. И тем не менее из тысяч введенных трансгенов всегда находятся такие, которые ускользают от охраны и, когда приходит их время, начинают работать в правильном месте.

Трансгены белка – подавителя вируса кошачьего иммунодефицита успешно преодолели все эти препоны. Конечно, это произошло не во всех обработанных яйцеклетках. Видимо, не все яйцеклетки с интегрированным трансгеном смогли имплантироваться в матки суррогатных матерей. Как бы то ни было, две из пяти матерей родили двух котов и одну кошечку. Все они светились зеленым светом в ультрафиолете. Значит, трансген успешно встроился. Анализ ДНК котят показал, что ген TRIMCyp макаки резуса присутствует в их геномах. И, наконец, их клетки могли успешно подавлять размножение вируса кошачьего иммунодефицита. Из чего следует, что трансген нормально транскрибируется и транслируется в защитный белок. Более того, потомки трансгенных котят унаследовали устойчивость к вирусу кошачьего иммунодефицита и светимость в ультрафиолете, что особенно приятно.

Дизайнерские коты

Авторы статьи про первых трансгенных котов предсказывали, что эта технология может быть полезна для создания дизайнерских котов. Тут они как в воду глядели.

Сейчас мы вплотную подошли к созданию дизайнерских котов – получению животных с заранее запланированными свойствами. Весь инструментарий у нас уже есть. Сейчас мы умеем не только вшивать в геном животных чужие гены и создавать трансгенных котов, но и научились редактировать их собственные гены. Технология CRISPR/Cas9[115] и ее модификации позволяют целенаправленно вносить изменения в нужные участки генома, менять кошачьи гены в нужном нам направлении.

Какие изменения нам нужны? Нет уж, сначала давайте решим, какие изменения нам не нужны. Нам точно не нужны изменения, которые принесут страдания “отредактированным” животным. Поэтому никаких карликов, никаких кошачьих мопсов мы делать не будем. Гигантов тоже. Во-первых, потому что они и так уже есть – посмотрите на мейн-кунов! А главное, потому что размер тела, как и многие другие количественные признаки, контролируется многими генами, каждый из которых вносит в признак ничтожный вклад. Такие признаки мы вполне успешно меняем отбором. Редактировать же множество генов, их контролирующих, крайне накладно и практически бесполезно. Поэтому мы должны понять, чего хотим, и точно выбрать мишени: известные гены с сильными фенотипическими эффектами.

Самая очевидная цель для трансгенеза и редактирования – это создание гипоаллергенных котов. Ген для редактирования здесь известный и удобный: Fel d 1.

Один из первых проектов по редактированию кошачьего генома был направлен на получение гипоаллергенных котов. Аллергия на кошек – это очень серьезная научная, медицинская и эмоциональная проблема. Каждый седьмой ребенок страдает аллергией на кошек. При этом главным аллергеном оказывается вовсе не шерсть. Лысые кошки, вопреки распространенному мнению, также аллергенны, как и длинношерстные. Главный, хотя и не единственный, кошачий аллерген – это белок с интригующим названием секретоглобин Fel d 1282. Он ответственен за 96% аллергий на кошек. Выделяют этот секретоглобин в основном сальные железы на коже, а также слюнные, слезные и анальные железы. Вылизываясь, коты равномерно распределяют белок по всему телу, а оттуда он попадает в воздух, и, будучи весьма легким и летучим, может оставаться в воздухе в течение нескольких часов. Говорят, ветерком его заносит аж в Арктику. При этом он страшно липкий и хорошо растворим, поэтому легко впитывается в кожу кошковладельцев, в их одежду и мебель и остается там надолго. Одним словом, чума.

Коты – гораздо более эффективные продуценты секретоглобина, чем кошки. Кастрация кота помогает снизить его выделение до кошкиного уровня, что указывает на вовлеченность тестостерона в этот процесс. Кастрация кошек ничего не меняет. Ходят слухи о межпородных различиях в кошачьей аллергенности. Вроде бы сибирские, балинезийские, абиссинские, а также разные рексы производят меньше Fel d 1, чем другие породы. Но это все интернетные легенды. Ни одной приличной статьи в научных журналах на этот счет нет. В тезисах конференции Американской академии аллергии, астмы и иммунологии появлялось сообщение о том, что темные коты в 6,1 раза более аллергенны, чем светлые, да и оно было немедленно опровергнуто в статье новозеландских исследователей283.

За создание ГМГА (генетически модифицированных гипоаллергенных) котов взялась генно-инженерная фирма “Аллерка”. Она обещала выключить (дословно: to silence – “заставить замолчать”) вредный ген Fel d 1.

Ген можно выключить на уровне трансляции или банально выпнуть (knock-out) его из генома. Это самый радикальный способ – взять и сломать вредный ген прямо в зиготе, внеся в него разрывы с помощью системы CRISPR/Cas9. Но в 2005 году, когда началась