Чтение онлайн

В последних главах мы рассматривали ДНК с более широкого физического ракурса, чем в первой части книги. Знания о природе этой молекулы и ее взаимодействиях с другими веществами, будь то белки вроде полимераз и Cas9 или неорганические структуры типа полупроводников из главы 13, наделили нас способностью читать и писать на языке генов. В следующей, заключительной, главе я больше расскажу о возможностях, которые предоставляет нам эта способность. Особое внимание я уделю редактированию человеческих геномов и видоизменению экосистем – темам, при обсуждении которых на передний план выходят этические вопросы. А еще я немного поразмышляю над тем, как биофизический ракурс формирует наши представления о мире и какое значение это имеет для решения практических и фундаментальных задач.

Испокон веков человечество пытается открыть законы, которые объясняли бы жизнь во всей ее сложности. Например, в средневековой Европе и исламском мире бытовало мнение, что у каждого вида на суше есть аналог в море, поскольку Творец создал «коня и морского конька, собаку и морскую собачку, змею и угря», как отметил Т. Х. Уайт в предисловии к бестиарию, составленному в XII веке1. Это представление не выдержало проверки временем – не было у него ни описательной точности, ни предсказательной силы, – но нам вполне понятна заключенная в нем надежда на то, что живым миром правит простая симметрия. Биология часто кажется какофонией – красивой, но непостижимой в своем головокружительном многообразии. Эволюция, конечно, дает нам объединяющую основу, но скорее проливает свет на процессы формообразования, сильно превышающие по длительности нашу индивидуальную жизнь, чем объясняет связи между формой и функцией.

За последние десятилетия, однако, мы сильно продвинулись в понимании глубинных принципов биологической организации, включая самосборку, случайность, регуляторные сети и масштабирование. Это физические основы жизнедеятельности всех живых существ. Их концептуальные схемы объединяют микроскопический и макроскопический миры, связывая структуру и динамику молекул с работой клеток, тканей и организмов в целом. Мы можем и дальше увеличивать масштаб: сообщества видов и целые экосистемы тоже подчиняются подобным законам2. Так, математика роста популяций и превратности поиска пищи, как правило, демонстрируют хаотическую динамику с беспорядочными на вид показателями, отражающими случайность в микроскопическом мире. Конкуренция и кооперация приводят к появлению самоорганизующихся сетей взаимодействий, которые определяют размер популяций. Площадь и достаток, как мы вскользь отметили в главе 12, могут подчиняться общим закономерностям масштабирования. Мы прежде фокусировались в основном на масштабах от молекулярного до организменного – что, впрочем, вполне оправдано несметным количеством загадок, которые они в себе таят.

Знание биофизических принципов позволяет нам не только глубже понимать жизнь, но и перестраивать ее. Мы рассмотрели несколько примеров того, как постижение работы физических механизмов пересекается с вопросами здоровья и болезни – от поведения патогенных микробов до механики органов и прогнозирования рисков на основе секвенирования ДНК. В следующих разделах мы бросим взгляд на недавние примеры наших модификаций самих себя и окружающей нас среды, порождающие еще более пронзительные этико-социальные дискуссии. Хоть это и не центральная тема в нашем описании устройства жизни, было бы обидным упущением оставить столь проблемные вопросы за кадром. Кроме того, я полагаю, что выработанное биофизическое видение вещей поможет нам разобраться в сложных вопросах на стыке науки и этики, выявляя возможное и невозможное в мире технологий, которые популярные источники склонны описывать либо расплывчато, либо в сенсационном тоне.

У нас появляется все больше биотехнологических инструментов и примеров их применения. Хочется завершить разговор о них обзором того, что может ждать нас в будущем: воскрешение мастодонтов и мамонтов, прекращение потребления мяса животного происхождения, разработка лекарств от каждой болезни, рукотворные эпидемии, утопия или антиутопия создания «дизайнерских детей». Этот список, впрочем, бесконечен, а предсказывать будущее ой как нелегко. Затронем лучше более широкие темы, которые, надеюсь, будут полезны, куда бы ни привело нас будущее. В заключение копнем поглубже, как биофизическое понимание может раскрывать нам чудеса жизни, и выясним заодно, что означает это «понимание».

Самые эффектные из новых инструментов – те, что позволяют редактировать геном. В прошлой главе мы упоминали основанные на CRISRP/Cas9 и родственных технологиях методы лечения, которые обещают нам избавление от тяжелых болезней, не поддающихся традиционной терапии. Из главы 14 мы узнали, что чтение ДНК эмбрионов позволяет нам прогнозировать будущие характеристики человека. Не требуется богатого воображения, чтобы скомбинировать оба подхода в редактирование эмбрионального генома. Доставка CRISPR/Cas9 в единственную оплодотворенную яйцеклетку преобразует ген-мишень, и это изменение исправно копируется при каждом клеточном делении. В итоге оно обосновывается не только во всех клетках взрослого организма, но и передается его потомкам, затем их потомкам и так далее. Редактирование эмбрионов успешно продемонстрировали на примере мышей и данио-рерио в 2013 году и обезьян в 2014-м3. Последний вариант преподнесли как способ воссоздания человеческих болезней в подобном животном, помогающий разработке методов их лечения. Прочитав предыдущие главы, вы не удивитесь, что та же техника подходит и для человеческих эмбрионов: базовые механизмы жизнеобеспечения у людей и прочих животных почти идентичны – похожи настолько, насколько наши средневековые предки и помыслить не могли.

Но другой вопрос, стоит ли редактировать человеческий эмбрион. Сейчас господствует мнение, что делать этого не следует, по крайней мере с эмбрионами, подлежащими имплантации для обеспечения полноценной беременности. В десятках стран, включая США, такие процедуры незаконны. Настороженность в их отношении объясняется этическими соображениями, упомянутыми в главе 14, и усугубляется тем, что, в отличие от «жонглирования» уже существующими, природными вариациями, CRISPR/Cas9 способна вносить в геном поистине новые, оригинальные изменения. Кроме того, еще не отработаны способы борьбы с возможными осложнениями – например, с нецелевой модификацией. Хотя технология эта и многообещающая, мало кто назвал бы ее окончательно прирученной. Именно поэтому большинство ученых, специалистов по этике и политиков полагает, что время для редактирования генома человеческих эмбрионов еще не пришло. Не все, однако, с этим согласны.

В ноябре 2018 года китайский ученый Хэ Цзянькуй шокировал мир, объявив, что его команда применила CRISPR/Cas9 для создания первых в истории детей, девочек-близнецов, с отредактированным геномом4. Со всех концов света на Хэ полилось осуждение. Китайские власти поспешили закрыть его лабораторию и объявили проделанную в ней работу «исключительно чудовищной по своей природе»5. Можно было бы представить готовность отредактировать человеческий эмбрион в случае неотвратимой опасности – например, гарантированного развития смертельного генетического заболевания, – но в эксперименте Хэ дело обстояло иначе. Изменения выводили из строя уже знакомый нам ген CCR5, отключение которого снижает вероятность заразиться ВИЧ. Выбор такой мишени озадачивает. Отец девочек ВИЧ-положителен, но передача вируса от отца ребенку крайне маловероятна. Заявленная цель состояла в том, чтобы снизить риск ВИЧ-инфекции в течение всей жизни детей, но на то есть множество эффективных стандартных способов профилактики. Более того, CCR5 не бесполезен. Есть веские свидетельства, что он помогает людям противостоять другим вирусам, таким как вирусы гриппа и лихорадки Западного Нила. Значит, его повреждение может быть не таким уж и безобидным. Но даже если бы цель была более обоснованной, а потенциальные выгоды перевешивали риски, не следовало проводить процедуру, должным образом не проинформировав заинтересованных лиц – в частности, родителей – о ее сути и возможных последствиях. Это условие составляет важный этический принцип информированного согласия, который был нарушен в эксперименте Хэ. Родителям девочек сообщили минимум информации, которая к тому же вводила в заблуждение, а документы по этической экспертизе оказались подделкой. В 2019 году Хэ приговорили к трем годам тюрьмы [71] .

Можно представить и альтернативный сценарий, в котором первое прямое изменение генома человеческого эмбриона произошло бы после прозрачной процедуры принятия решения, а мишенью стала бы очевидно вредоносная мутация вроде вызывающих мышечную дистрофию или муковисцидоз. Но в реальности все случилось иначе, и, несмотря на технический успех, эпизод с CCR5, скорее всего, омрачит репутацию биотехнологий на базе CRISPR. На стыке науки и человеческой драмы часто царит беспорядок.

Для достижения целей этой книги, однако, важнее то, как произошедшее подчеркивает значимость образования в наши времена. Что значит «информированное согласие» в эпоху секвенирования генома и редактирования генов? Чтобы осознанно участвовать в любой передовой биотехнологической процедуре, необходимо иметь хоть какое-то представление о природе и регуляции генов, о вероятностях и вариациях, а также о том, как все это вносит вклад в здоровье и болезнь. Несложно вообразить, как без должного понимания до фантастических высот взлетают ожидания, или любые генетические технологии автоматически отвергаются, или же пациенты просто подчиняются воле врачей либо государства. Просвещать людей ничуть не проще, чем решать технические задачи по выращиванию органов на чипе или переписыванию геномов иммуноцитов. Но примеры достижения цели уже есть. В частности, микробная теория болезней проникла в глубины нашего сознания, и сегодня почти все человечество на базовом механистическом уровне понимает, что микробы существуют, размножаются, могут заражать других существ и вызывать болезни. Как я отмечал в главе 14, теперь мало кого ужасает мысль об искусственном оплодотворении: понимание механики зачатия тоже стало общим местом. Такая же осведомленность может – и должна – сопровождать более свежие прорывы на пути проникновения в суть жизни.

Модификация растений – вопрос спорный. Ведь это же неестественно. Мы уже познакомились с рисом и томатами, теперь давайте посмотрим на морковь, а точнее на «мини-морковь», которую вы наверняка встречали в магазине. Это маленькая, гладкая, пожалуй, даже очаровательная морковка, на долю которой приходится около 70 % продаж моркови в США. Можно подумать, что это просто молодая морковь, или, как следует из названия, миниатюрная разновидность обычной моркови, примерно как пони – миниатюрная разновидность лошади. Но ни то ни другое не верно. На самом деле это кривая и морщинистая морковь обычного размера, из которой на специальных аппаратах вытачивают маленькие конусы. Оставшуюся стружку при этом выбрасывают6. Здесь мы могли бы вооружиться провокационным термином и назвать мини-морковь неестественной. Если бы кто-то решил с помощью биоинженерии создать реально миниатюрную морковь, закладывая в ее геном нужные размеры, форму и очарование, она тоже была бы неестественной. А мы могли бы ломать головы над вопросом, какой из типов неестественности более приемлем и почему.