Машина творения: Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры - Эми Уэбб

class="p1">Или вообразите будущее, в котором здоровый образ жизни подразумевает модернизацию и оптимизацию, а не запреты. Будущее, в котором похмелье станет пережитком прошлого, потому что перед ужином в ресторане вы съедите специальную пробиотическую добавку, чтобы предотвратить всем известные последствия употребления алкоголя. Вообразите мир, в котором нет необходимости сидеть на диетах, потому что биометрическое исследование покажет скорость обмена веществ в вашем организме, его чувствительность к пище и другие данные и вы будете знать, какие продукты есть, что пить и когда. Вообразите мир, в котором генетические заболевания, калечащие и убивающие младенцев, такие как серповидноклеточная анемия и мышечная дистрофия, предотвращены еще до рождения ребенка.

А теперь вспомните все треснувшие экраны, сломанные ногти и разбитые тем или иным образом стекла. Представьте себе день, когда самовосстанавливающиеся биологические покрытия обеспечат быстрое «заживление» поверхностей, какой бы ущерб им ни нанесли. Неважно, сколько раз вы неудачно выехали из гаража или заехали в него, – покрытие вашего автомобиля по-прежнему останется безупречным. А органический лак для ногтей высохнет без вредных ультрафиолетовых ламп или агрессивных химических покрытий.

Фундамент для этих параллельных миров уже заложен. Собственно говоря, некоторые из инноваций перемещаются с периферии в мейнстрим по мере того, как возможности биоэкономики становятся все очевиднее.

Многие ключевые этапы развития человечества были описаны посредством материалов, которые мы использовали для преобразования окружающей среды. В каменном веке, бронзовом и железном люди создавали базовые технологии для изготовления повседневных инструментов, ведения сельского хозяйства, строительства и ведения войны. Позднее мы стали использовать стекло для изготовления украшений, бутылок, окон, линз и медицинского оборудования. Сталь дала нам возможность возводить небоскребы. Пластик позволил осуществлять массовое производство одноразовых упаковок, что привело к созданию глобальных цепочек в поставках продуктов питания, лекарств и воды, а также других товаров. Наш сегодняшний день, когда мы учимся манипулировать молекулами, проектировать микроорганизмы и создавать биокомпьютерные системы, – начало новой эры в развитии цивилизации – века биологии. Все созданное нами в эту новую эпоху откроет новые перспективы в бизнесе, смягчит экологический ущерб или даже восстановит поврежденное в природе и улучшит условия жизни человека в очень многих отношениях – как на Земле, так и во внепланетных колониях.

Синтетическая биология преобразует три ключевые сферы жизни: медицину, мировое производство продовольствия и окружающую среду.

МЕДИЦИНА

В ближайшие два десятилетия технологии синтетической биологии будут использоваться для искоренения смертельно опасных болезней и для персонализированной медицины – разработки лекарств под конкретных людей с учетом их генетических особенностей. Исследователи будут генетически модифицировать вирусы для борьбы с раком, выращивать в лабораторных условиях ткани человека для пересадки органов и тестирования новых методов лечения. Постоянное медицинское наблюдение будет организовано при помощи новых технологий, отпадет необходимость в традиционных осмотрах в кабинете врача. А главное – мы создадим систему, при которой люди будут более здоровыми: мы сможем предсказывать и устранять генетические нарушения, а в перспективе получим возможность совершенствовать организм ребенка еще до рождения.

ИСКОРЕНЕНИЕ БОЛЕЗНЕЙ

Перед короткой поездкой на отдых в Индию туристка{224} убедилась, что ее жена и двое детей сделали все необходимые прививки: от полиомиелита, кори, свинки и краснухи, дифтерии, ветряной оспы, гриппа, гепатита A и B, столбняка. В той местности, куда направлялась семья, не было вспышек холеры или желтой лихорадки. Они остановились в Нью-Дели и планировали совершать однодневные вылазки к туристическим достопримечательностям. Закат солнца над Тадж-Махалом в Агре был просто волшебен: постепенно угасавший свет придавал великолепным мраморным зданиям яркие оранжево-розовые оттенки. Идеальный день, если бы не тучи комаров, которые все больше уплотнялись с наступлением сумерек.

Спустя несколько недель после возвращения домой одна из мам – врач – почувствовала недомогание, как при гриппе: озноб, жар и ломоту в теле. Она легла в постель, пила воду и принимала адвил. Однако состояние стремительно ухудшалось. К тому времени как заболевшую доставили в больницу, у нее стало снижаться давление. В приемном покое медсестра задавала множество вопросов. Принимала ли она какие-то новые лекарства? Нет ли у нее аллергии? И наконец, выезжала ли она в последнее время за пределы страны? Когда врач упомянула о ночи в Тадж-Махале, медсестра вызвала инфекциониста. И очень правильно сделала: доктор подхватила малярию, смертельную болезнь, переносимую комарами.

Острыми кончиками своих иглоподобных хоботков комары прокалывают кожу человека и сосут кровь, одновременно впрыскивая антикоагулянт, чтобы предотвратить свертывание. Таким набором биомеханики обладают только самки комаров, самцы же питаются нектаром растений. Поскольку кровь животных и людей сосут самки, они и являются основными переносчиками болезней. Эти особи разносят малярию, лихорадку денге и целый ряд вирусных заболеваний: лихорадку Западного Нила, лихорадку Зика, чикунгунью, восточный лошадиный энцефалит и многие другие. Кто из хищников самый плодовитый и смертоносный на Земле? Это не змея, не акула и не скорпион. Это не медведь. Это даже не люди. Это комар.

Каждый год от малярии гибнет более 400 000 человек, большинство из которых – дети младшего возраста{225}. Болезнь вызывают не вирусы или бактерии, а организм, называемый плазмодием. Плазмодии – хитрые, меняющие форму организмы, способные уклоняться от воздействия иммунной системы, что способствует их распространению и выживанию. Единственная существующая вакцина должна быть введена четырежды, при этом она не слишком эффективна и обеспечивает лишь временную устойчивость. Переболевший малярией человек может заражаться вновь и вновь. На сегодняшний день лучшая защита от этой болезни – ранняя диагностика и лечение. То, что даже врач поставила себе неправильный диагноз, говорит о том, насколько опасна малярия, и объясняет, почему первой мишенью для синтетической биологии стали именно комары.

Поскольку избавиться от комаров – переносчиков болезней непросто: они быстро размножаются и их трудно отловить, на разработку лосьонов и спреев для их отпугивания ушли десятилетия. Во время Второй мировой войны армия США использовала в качестве репеллента состав «Дэта», но это средство токсично. (При неправильном смешивании оно способно расплавить пластик.) Кроме того, у некоторых комаров к нему выработалась генетическая сопротивляемость.

Однако теперь есть способ предотвратить распространение малярии, не убивая триллионы комаров. Чтобы победить это заболевание, в 2021 г. генетики из Имперского колледжа Лондона[11] применили так называемый генный драйв – генетическую модификацию, вызывающую появление у большей части потомства желательного признака. Ученые прибегли к технологии Crispr – методу редактирования генов, позволяющему вырезать определенный участок ДНК, тем самым изменив половое развитие самок комаров и другие их признаки. У самок, появившихся на свет с отредактированными генами, хоботки устроены иначе – такие самки не могут кусать, к тому же они не способны откладывать яйца, а значит, не будут распространителями малярийного плазмодия. Без генного драйва мутация охватывала бы популяцию слишком медленно, а с ним новое строение хоботка получают почти 100 % потомства. Технология генного драйва эффективна, а ее действие необратимо{226}.

В Терни (Италия), на объекте повышенной секретности, и в других местах разрабатывают разного рода генетические модификации комаров и проводят масштабные испытания{227}. В 2021 г. в районе Флорида-Кис планировалось выпустить миллионы генетически модифицированных комаров, чтобы ограничить распространение лихорадки Зика. Окружной совет уполномоченных по борьбе с комарами во Флорида-Кис одобрил пилотный проект по внедрению в популяцию генетически модифицированных комариных самцов – носителей гена, затрудняющего воспроизведение потомства{228}. Местные власти, решающие проблему неуклонного роста заболеваемости лихорадками денге и Западного Нила, надеются, что сокращение популяции комаров позволит ограничить распространение этих болезней и избавит от необходимости заливать район инсектицидами и ядохимикатами.

Персонализация медицины

Технология CRISPR позволяет ученым редактировать определенные участки ДНК с помощью бактериального фермента. Примерно 8000 заболеваний обусловлены единственным геном. До эпохи секвенирования ДНК такие моногенные (или контролируемые одним геном) патологии было сложно диагностировать и лечить. Сейчас с помощью CRISPR можно устранить серповидноклеточную анемию (наследственное заболевание, при котором эритроциты приобретают серповидную форму) и муковисцидоз (при котором организм вырабатывает густую, липкую слизь, закупоривающую легкие и систему пищеварения). CRISPR может исправить эти генные мутации, а механизм восстановления ДНК клетки – вернуть отредактированные клетки в здоровое состояние.

Еще больше людей страдают полигенными заболеваниями,