Теперь все кардинально переменилось. Ученые сумели полностью взять этот древний процесс под контроль человека. Используя мощные биотехнологические инструменты для экспериментов с ДНК внутри живых клеток, они теперь могут манипулировать составом этой молекулы и рационально изменять гены, определяющие облик любого биологического вида на планете, включая и наш с вами. А с появлением новейшего и, вероятно, самого эффективного инструмента генной инженерии, CRISPR-Cas9 (коротко CRISPR), геном всю ДНК организма, включающую каждый его ген, стало почти так же просто редактировать, как обычный текст.
Зная, чем именно кодируется в геноме тот или иной конкретный признак, ученые могут использовать CRISPR, чтобы вставить, отредактировать или удалить связанный с ним ген у фактически любого растения или животного. Этот способ гораздо проще и эффективнее, чем любая другая существующая технология манипуляции генами. Буквально в одночасье мы оказались на пороге новой эпохи генной инженерии и нового уровня владения биологией революционной эры, в которой возможности ограничены только коллективным воображением человечества.
Царство животных было первой экспериментальной площадкой для испытаний этого нового средства редактирования генов и до сих пор остается самой большой из таких площадок. К примеру, ученые использовали CRISPR для создания генетически усиленной версии биглей, в результате чего получились собаки с мускулатурой, которой позавидует сам Шварцнеггер, и для этого понадобилось всего лишь поменять одну букву ДНК в гене, контролирующем развитие мышц. В другом случае, выключив у свиней ген, отвечающий на сигналы гормона роста, исследователи создали микропигов свиней размером не больше упитанной кошки, ставших популярными домашними животными. Ученые из китайской провинции Шэньси проделали нечто подобное и с мясо-шерстными кашемировыми козами, отредактировав геном этих животных таким образом, чтобы у них вырастали и более крупные мышцы (и за счет этого они давали больше мяса), и более длинная шерсть (что означает получение большего количества кашемировых волокон). Генетики даже используют CRISPR для превращения ДНК азиатского слона в максимальное подобие ДНК шерстистого мамонта, надеясь когда-нибудь воскресить этого вымершего доисторического зверя[2].
Параллельно с этим в экспериментах с растениями CRISPR широко используется для редактирования геномов сельскохозяйственных культур; это открывает перспективы для кардинального улучшения питания людей во всем мире и повышает уровень мировой продовольственной безопасности. Эксперименты по редактированию генома дали устойчивый к различным болезням рис, томаты, которые теперь портятся гораздо медленнее, соевые бобы с более полезным для здоровья содержанием полиненасыщенных жиров и картофель с меньшим количеством сильного нейротоксина. Причем специалисты в области пищевой промышленности достигают подобных улучшений не с помощью трансгенных технологий то есть вставки участка ДНК одного вида в геном представителя другого вида, но благодаря точно подобранным улучшениям генов, затрагивающим всего несколько букв собственной ДНК организма.
Но хотя потенциальные возможности применения CRISPR в растительном и животном мире весьма впечатляют, все же наибольшие перспективы сулит редактирование генов нашего собственного вида и оно же, по мнению многих, представляет наибольшую угрозу для будущего всего человечества.
Но хотя потенциальные возможности применения CRISPR в растительном и животном мире весьма впечатляют, все же наибольшие перспективы сулит редактирование генов нашего собственного вида и оно же, по мнению многих, представляет наибольшую угрозу для будущего всего человечества.
При этом, как ни парадоксально, ряд преимуществ в области здравоохранения, скорее всего, будет получен в результате CRISPR-экспериментов с позвоночными или даже насекомыми. В проведенных недавно экспериментах технологию CRISPR использовали, чтобы гуманизировать ДНК свиней, что дает надежду на то, что эти животные однажды послужат донорами органов для людей. CRISPR также удалось запрятать в геномы новых линий комаров: ученые надеются, что внедрение новых признаков в дикие популяции комаров поможет в конечном счете уничтожить заболевания, передаваемые ими такие как малярия и лихорадка Зика, или даже полностью истребить самих комаров переносчиков болезней.
Впрочем, при лечении многих болезней CRISPR потенциально можно будет применять для редактирования и ремонта генов самих пациентов. Пока что мы наблюдали лишь малую часть возможностей технологии, но и то, что мы увидели в последние несколько лет, кажется головокружительным. В человеческих клетках, выращенных в лаборатории, эта новая технология редактирования генома уже была использована, чтобы исправить мутации, ответственные за муковисцидоз, серповидноклеточную анемию, некоторые формы слепоты, тяжелый комбинированный иммунодефицит и многие другие недуги. CRISPR дает ученым возможность решать такие задачи, находя и исправляя отдельные опечатки в молекулах, составляющих геном длиной 3,2 миллиарда букв ДНК, но эту же технологию можно использовать и для значительно более сложных модификаций. Исследователи поправили ошибки в ДНК, вызывающие мышечную дистрофию Дюшенна, вырезав только поврежденный участок мутировавшего гена и не затронув остальную его часть. В случае гемофилии А биологи применили CRISPR, чтобы точно переставить более полумиллиона букв ДНК, которые в геномах больных инвертированы то есть расположены в порядке, обратном нормальному. CRISPR можно использовать даже для лечения ВИЧ-инфекции и СПИДа либо путем вырезания ДНК вируса из инфицированных клеток пациента, либо путем редактирования ДНК самого пациента таким образом, чтобы его клетки невозможно было заразить ВИЧ.