Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах - Кристофер Мэйсон

обеспечивать себя всеми необходимыми метаболитами, люди (во многих отношениях) – жалкие потребители. В результате неуправляемой эволюции современные люди утратили способность синтезировать девять из 22 незаменимых аминокислот. Чтобы выжить, человеку приходится получать девять аминокислот (гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин) с пищей.

К сожалению, молекулярная ущербность людей на этом не заканчивается. В человеческих клетках не синтезируются некоторые витамины, жизненно необходимые организму. Это витамин А (см. главу 7, где шла речь о зрении), B1 (тиамин), B2 (рибофлавин), B5 (пантотеновая кислота), B6 (пиродоксин), B7 (биотин), B9 (фолиевая кислота), B12 (кобаламин), E и K. Более того, даже те витамины, которые вырабатываются в организме человека (например, витамин B3 (ниацин) и D), зачастую синтезируются в недостаточном количестве и требуют восполнения за счет пищи или кишечной микрофлоры. В результате естественного отбора и дрейфа генов человек и большинство других сложных многоклеточных организмов утратили способность синтезировать многие незаменимые аминокислоты и метаболиты. Так почему бы просто не дополнить геном человека недостающими компонентами, нужными для синтеза этих важнейших молекул?

Рис. 8.2. Биохимические пути и этапы биосинтеза аминокислот у человека. Здесь представлены кратчайшие пути, необходимые человеку для синтеза всех аминокислот. Черными линиями показаны этапы, уже присутствующие в человеческом организме, серыми – гены, полученные от других видов. Серые кружочки без обводки обозначают не являющиеся незаменимыми аминокислоты, которые современный человек способен синтезировать. Незаменимыми считаются аминокислоты, синтез которых в организме человека можно обеспечить только при помощи генной инженерии. Показано примерное количество шагов на биохимическом пути и участвующие в этом гены, а также исходные молекулы, необходимые для синтеза.

Задавшись такой целью, Харрис Ван и Джеф Боке в 2020 г. приступили к созданию человеческих клеток с механизмами синтеза витаминов. Хотя для синтеза всего набора витаминов потребуется серьезная генно-инженерная работа, план действий уже перед нами, и, чтобы его придерживаться, нужно изучать другие, более самодостаточные виды. По всей видимости, механизм синтеза некоторых молекул (например, валина) будет несложно воссоздать у человека: этот процесс осуществим всего в четыре шага. С другими веществами все гораздо сложнее: так, процесс возобновления синтеза витамина A в человеческом организме включает 22 этапа. На возвращение триптофана потребуется примерно 16 шагов, фенилаланина – 13, и даже для возобновления производства сравнительно простого гистидина необходимо выполнить последовательность из 10 шагов. В целом для синтеза витаминов и аминокислот нужно модифицировать всего 230 генов, что вызывает значительный энтузиазм в сообществе «любительского биохакинга и практического трансгуманизма» (http://diyhpl.us/diyhpluswiki).

Чтобы вновь обрести такую самодостаточность на молекулярном уровне, можно даже реактивировать давно забытые генетические реликты, сохранившиеся у нас в геноме, а не добавлять человеку новые гены. Мертвый псевдоген, отвечающий за синтез витамина C, тихонько сидит у нас в геноме, причем не только у нас, но и у других сухоносых приматов (Haplorhini), и ждет своего воскрешения. Однако у полуобезьян (Strepsirrhini), в частности у лемуров, до сих пор сохранился активный, функционирующий вариант этого гена. Известно, каким бичом мореплавателей XVI–XVII вв. была цинга, причина которой – дефицит витамина C. Эта болезнь также может всерьез осложнить жизнь астронавтов в далеком космосе. Но если методом генной инженерии возродить в человеческих клетках механизм синтеза витамина C, то проблема цинги в космических путешествиях будущего отпадет сама собой. Если этот ген удастся реактивировать, то, возможно, лимоны и апельсины станут для нас обычным лакомством (будем добавлять их в марсианские коктейли), а не незаменимым ресурсом.

Хотя «реактивация» синтеза витамина С была продемонстрирована на мышах, у человека возвращение такой способности может привести к неожиданным и негативным последствиям из-за плейотропии. Не исключено, что ген синтеза витамина C в нашем геноме перестал работать не случайно в процессе эволюции. Одной из причин может быть просто то, что наши предки получали с пищей достаточно витамина С и, следовательно, не нуждались в его синтезе. В таком случае повторная активация этого гена не представляет опасности и избавит нас от необходимости получать витамин с пищей. Независимо от наших намерений добавление новых генов и целых биохимических путей – сложный и потенциально непредсказуемый процесс. Но в последующие годы или десятилетия мы сможем опробовать такие изменения генома и оценить их последствия в разных контекстах и в разной окружающей среде. Как и во всем в нашей жизни, в конечном итоге все сведется к вопросу «Чем мы готовы пожертвовать ради определенной выгоды?». Располагая достаточным временем, потери можно свести к минимуму, а выигрыш максимизировать. Рано или поздно мы создадим прототрофные человеческие клетки, которые будут сами синтезировать все незаменимые аминокислоты.

Занимательная генная инженерия

Исследования, оптимизация и внедрение модификаций в геном (сформировавшийся в результате неуправляемой и ненаправленной эволюции) пойдут столь стремительными темпами, что рано или поздно эти технологии начнут все больше приобретать… занимательный характер. После того как это станет нормой, люди будут заниматься генетическими изменениями для развлечения. Правда, легкий доступ к этой технологии может спровоцировать злоупотребление ею.

Трагическим примером подобного стало злоупотребление опиоидами в США в начале 2000-х гг. Первоначально такие препараты разрабатывались в чисто медицинских целях, чтобы с их помощью облегчать муки пациентов, восстанавливающих силы после серьезной хирургической операции или травмы. Вместо того чтобы терпеть боль, люди могли принимать опиоиды. Но в реальности эти препараты вызывают сильное привыкание. В довершение производители скрывали степень их опасности. В результате в истории США начался период, когда – впервые за несколько десятилетий – ожидаемая продолжительность жизни снизилась (особенно у белых мужчин). Ранее показатель ожидаемой продолжительности жизни проседал из-за войн, голода или эпидемий, а на этот раз снижение было обусловлено фармакологическим фактором.

В 2019 г. были приняты меры, которые помогли немного смягчить опиоидный кризис: бесплатные клиники, поддержка пациентов, социальная инфраструктура. Телемарафоны, вызовы врача на дом, лечебно-профилактические мероприятия координировались и активно финансировались из федерального бюджета. В конце концов положение удалось выправить.

Пусть эта история послужит предостережением для тех, кто готов пробовать генетическую модификацию ради забавы. Имея доступ к описанным выше методам эпигенетического редактирования, человек может решить: «хочу включить эти гены на сегодняшний вечер» или «хочу, чтобы эти гены работали у меня все лето». Это создает беспрецедентные риски. Возможно, такое вмешательство обойдется без последствий, но с тем же успехом оно может превратиться в неконтролируемый эксперимент с нарушением клеточной регуляции.

Тем не менее есть основания для надежды. Возможно, в занимательной генетике мы увидим те же тенденции, что сегодня наблюдаются при лечении ВИЧ. Исходно диагноз «ВИЧ» был равносилен смертному приговору, особенно в начале 1980-х гг. Но ожидаемая продолжительность жизни с ВИЧ стала увеличиваться с появлением антиретровирусной терапии, нуклеозидных аналогов и иммуномодулирующих лекарств. В 2017 г. был преодолен важный рубеж, о котором сообщил журнал The Lancet HIV. Впервые с момента открытия ВИЧ средняя ожидаемая продолжительность жизни у ВИЧ-положительных пациентов в США превысила среднюю ожидаемую продолжительность жизни населения в целом. Ученые и врачи по всему миру всерьез заинтересовались – почему?

Как оказалось, такой эффект дал легкий, постоянный и надежный доступ к системе здравоохранения, позволяющей выявлять проблемы со здоровьем до того, как они станут настолько опасными, что обычными препаратами ситуацию уже не исправить. При ВИЧ легкие инфекции, если их не лечить, могут привести к сепсису, но на ранней стадии они вылечиваются дешевым антибиотиком. Абсцессы обнаруживают и диагностируют еще до того, как поражение успеет распространиться на окружающие ткани. Мелкие проблемы со здоровьем остаются незначительными, а ожидаемая продолжительность жизни растет.

На описываемом этапе 500-летнего плана (2250 г.) должна появиться постоянно населенная космическая станция на околоземной орбите, и ожидаемая продолжительность жизни ее обитателей может увеличиться просто потому, что они будут под постоянным медицинским наблюдением и смогут оперативно получать помощь. Учитывая, с каким вниманием и дотошностью будут анализироваться малейшие колебания здоровья на всех этапах космической экспедиции, будь то в ходе смены на станции или на пути к Марсу, можно надеяться,