Что значит «приписать» кодону новую аминокислоту? Ранее мы разбирали, что важную роль в работе генетического аппарата клетки играют транспортные РНК (тРНК), которые, с одной стороны, несут аминокислоту, а с другой — имеют три нуклеотида, комплементарные кодону молекулы РНК. Такие тРНК по очереди связываются с рибосомой в процессе синтеза белка и привносят соответствующие кодонам молекулы РНК аминокислоты.
Какую аминокислоту несет та или иная тРНК — это, в свою очередь, определяется специальными ферментами, которые называются аминоацил-тРНК-синтетазами. Организму нужно как минимум 20 разных аминоацил-тРНК-синтетаз — по одной на каждую аминокислоту, кодируемую в рамках стандартного генетического кода. Каждая аминоацил-тРНК-синтетаза присоединяет одну-единственную аминокислоту к соответствующим тРНК.
Если мы хотим изменить генетический код клетки и приписать какому-то кодону новую аминокислоту, нам нужно внести в геном этой клетки новую пару тРНК и аминоацил-тРНК-синтетазы. Новой тРНК необходимо узнавать нужный нам кодон (но не другие кодоны). Кроме того, эту тРНК не должны распознавать уже имеющиеся в клетке аминоацил-тРНК-синтетазы. В свою очередь, новой аминоацил-тРНК-синтетазе нужно узнавать привнесенную тРНК, но не другие тРНК клетки. Наконец, нам необходимо как-то накормить клетку новой нестандартной аминокислотой, а для этого аминокислота должна проникать внутрь клетки. Но даже с этой нелегкой задачей ученые справились.
Создать кишечную палочку с измененным генетическим кодом удалось в 2001 году в лаборатории Питера Шульца все в том же Институте Скриппса. Ученые приписали одному из трех стоп-кодонов нестандартную аминокислоту L-метокситирозин
[78]. Вы могли уже заметить, что для решения своих задач генные инженеры почти всегда обращаются за поиском готовых решений к природе. В данном случае пару тРНК и аминоацил-тРНК-синтетазы ученые позаимствовали из другого вида бактерий, немного изменили их с помощью генной инженерии и подвергли искусственному отбору, чтобы добиться хорошего и специфичного присоединения новой аминокислоты. Ученым удалось показать, что новая аминоацил-тРНК-синтетаза избирательно присоединяет именно L-метокситирозин в том месте, где у обычной бактерии срабатывал бы тот самый замененный стоп-кодон, и вставить новую аминокислоту в несколько важных белков.
Кто-то подумает, что это все лишь красивые игры ученых, не имеющие прямого отношения к нашей повседневной жизни, — и будет не прав. Уже сейчас мы умеем переносить готовые гены из генома одного организма в геном другого, создавать любые последовательности ДНК, менять саму ДНК и даже самые фундаментальные основы жизни — генетический код. Эти технологии в конечном итоге позволят исправить многие несовершенства окружающего нас мира: побороть голод, избавиться от наследственных заболеваний, от которых страдают взрослые и дети, продлить людям жизнь. «Играем ли мы в Бога?» — спросите вы. Не думаю, что мы конкурируем с ним в этих задачах. Во всяком случае, я не вижу, чтобы Бог решал за нас перечисленные проблемы. Вот мы и вынуждены справляться сами.
Глава 14
Темные аллели. Генетическая совместимость, наследственные заболевания, генная терапия, искусственное оплодотворение, ДНК-диагностика
У меня была идея написать отдельную главу под названием «50 оттенков гена» и посвятить ее наиболее животрепещущим достижениям генной терапии. Например, созданию самцов крыс, у которых возникает эрекция, если на их половые органы направить синий свет
[336]. Только представьте потенциал такого подхода к лечению импотенции! Хочешь незабываемую ночь? Не забудь фонарик! Подари подруге лампочку в знак серьезности своих намерений! Упомянутые крысы были созданы в 2015 году учеными из Швейцарии. Перенесенный в клетки эректильной ткани пениса ген был специально сконструирован с использованием современных знаний в области оптогенетики — внедрения генов светочувствительных белков, активность которых регулируется извне с помощью источников света.
Разработка биотехнологий, улучшающих половую функцию человека, ведется, но сюжет фильма «Идиократия» предостерегает меня от того, чтобы делать на этом акцент. В фильме ученые, вместо того чтобы усовершенствовать природу человека (например, сделать его умнее или побороть старение), последовали запросам общества потребления и вложили все усилия в увеличение размера мужского полового члена и объема женской груди. Тем временем в условиях отсутствия естественных хищников и нарастающего прогресса медицины, способной пришить утраченную (в том числе и по глупости) конечность, оказалось, что больше не нужно быть умным, чтобы выжить и оставить потомство. Эволюционное преимущество появилось у людей, не думающих ни о чем, кроме собственного размножения, и не умеющих правильно использовать средства контрацепции.
Так наступила «идиократия» — в обществе получила преимущество оппортунистическая R-стратегия размножения, противоположная К-стратегии. Первая основана на порождении большого количества потомков, выживание каждого из которых не принципиально для успешного продления рода (берем количеством). Вторая — на высокой вероятности выживания каждого из немногочисленных потомков (берем качеством, в том числе и интеллектом). Обратите внимание, что против улучшения человека методами генной инженерии часто выступают те же самые люди, которым по религиозным и иным мировоззренческим убеждениям не нравятся презервативы и другие средства контрацепции, а также искусственное оплодотворение. Зато их вдохновляет перспектива загробной жизни и медаль за «производство и выращивание» семерых детей.
В детстве я прочитал Библию, и меня очень удивила история про набожного праведника Иова. На него обрушиваются тяжелые испытания, в ходе которых он теряет всех своих сыновой и дочерей, но, несмотря на эту трагедию, остается верен Богу. За это Бог награждает Иова и компенсирует ему нанесенный ущерб — у праведника снова рождается семеро сыновей и три дочери. Все, что произошло с Иовом, — результат спора между Богом и Сатаной на тему бескорыстности веры, а история должна была показывать, что Бог справедлив к тем, кто от него не отрекается в трудную минуту. Однако мне сложно себе представить, чтобы хороший человек считал своих детей заменимыми и ценил их количество, а не личностные качества.
Нетрудно догадаться, что мне ближе К-стратегия. Меньше всего на свете я бы хотел завести ребенка, обреченного на страдания в результате наследственного или иного заболевания, — никакое количество здоровых «запасных» потомков не решит проблему. Поэтому мне кажутся чрезвычайно важными направления современной науки, которые пытаются предотвратить распространение неблагоприятных вариантов генов (аллелей) в популяции и сделать так, чтобы каждый ребенок рождался и рос здоровым.
Генофонд человечества может избавиться от вредных мутаций разными способами. Премия Дарвина ежегодно присуждается лицам, освободившим генофонд от своих генов (умерев или потеряв способность иметь детей) наиболее нелепым способом. Одна из самых знаменитых Дарвиновских премий была дана человеку (в порядке исключения живому и сохранившему репродуктивную функцию) за попытку покончить с жизнью, наглотавшись нитроглицерина, с последующим многократным «ударением себя об стену» с целью вызвать детонацию в желудке. Возможно, именно отсюда пошло столь популярное в интернете выражение «убей себя об стену»? К счастью, человек почти не пострадал. Но есть и разумные способы улучшения генофонда, не требующие человеческих жертв: исправление ошибок в генах с помощью генной терапии и методы планирования беременности, исключающие риск серьезных наследственных заболеваний.
