Николай Дубинин - Тайны наших генов
Ядро с четырьмя парами сначала превратилось в ядро с тремя, а затем и с пятью парами хромосом. В этой работе можно увидеть истоки генетической инженерии.
Сегодня исследователи ставят совершенно иные задачи.
В различных лабораториях мира разыскиваются способы выделения, даже "сборки" отдельных генов и переноса их в живые организмы.
Вспомним снова о бактериях. У них есть ген, ответственный за синтез витамина Bi2, которого начисто лишены растения. А между тем известно: добавка этого витамина резко увеличивает степень усвоения растительного корма в организме сельскохозяйственных животных. Так почему бы не попытаться пересадить тот самый бактериальный ген к растению? Каким путем пойдут ученые, покажет время. Но мне кажется, они будут исходить из того, что биохимический путь синтеза хлорофилла и витамина B2 имеет общие начальные стадии. А раз так, то после срабатывания цепочки из четырех-пяти добавочных ферментных реакций растительная клетка сможет вместо хлорофилла синтезировать необходимый животным витамин.
Правда, из отдельной клетки надо еще получить целое растение. Но пути решений такой задачи уже известны. Да что там из клетки. Взрослое растение выращивают даже из протопласта - клеточной структуры, лишенной оболочки. Опубликован научный доклад, в котором говорится, как в результате метаморфоз круглого зеленого протопласта - одевания его оболочкой, деления и дифференцировки - возникает своего рода искусственное "семечко". Оно дает корни и листья, и в результате вырастает цветущий табак.
- Николай Петрович, а какие конкретно задачи стоят сегодня перед генетической инженерией?
- Если детализировать "биолого-инженерные" задачи, то можно определить среди них несколько наиболее существенных: - выделение генов и их структур; - синтез генов химическим или биохимическим путем; - направленная модификация наследственных комплексов под влиянием искусственно созданных условий; - регуляция активности генов; - их копирование; - их перенос в наследственный аппарат других организмов.
Первая из перечисленных мною задач - выделение гена - уже решена сегодня. Можно сказать, что и синтез гена в принципе тоже удался. Успех этот достигнут был в 1970 году, когда индийскому ученому X. Коране удалось "собрать" ген дрожжевой клетки, содержащей всего 77 азотистых оснований.
Такой короткий отрезок ДНК с заданной последовательностью оснований синтезировали химически. Так появился первый ген, созданный человеком.
Конечно, это большой успех, предвещающий начало новой, фантастической эры генетики, однако он несколько меркнет перед сложностью строения генов и их комплексов даже у самых простых форм жизни. Ведь даже у простейших вирусов в состав ДНК входит 5500 азотистых оснований, составляющих приблизительно 17 генов. Что же касается синтеза единицы жизни - клетки, то трудности тут возрастают неимоверно.
Но, как я говорил выше, кроме химического, есть еще и биохимический синтез. Интересные работы в этом направлении проведены группой сотрудников нашего Института общей генетики АН СССР и Института молекулярной биологии и генетики АН СССР. Кратко скажу, как мы решали эту задачу.
Для высших организмов из-за очень сложной организации их наследственного аппарата создание генов пока возможно с помощью только одного вида биохимического синтеза - ферментативного. Ибо сейчас уже открыт и выделен особый фермент - так называемая обратная транскриптаза, синтезирующая ДНК на РНК как на матрице.
Судя по всему, вам это не совсем понятно, поэтому постараюсь пояснить. В клетке присутствует целый набор информационных РНК (и-РНК). Они представляют собой комплементарные копии соответствующих индивидуальных генов. И если одну из таких индивидуальных РНК использовать в качестве матрицы для обратной транскрипции, то ДНК - продукт этой транскрипции будет соответствующим индивидуальным геном.
Таким образом, решение задачи сводится к выделению из клеток индивидуальной информационной РНК (и-РНК). Для этого обычно берут клетки, в которых синтезируется в основном один какой-либо белок. Например, клетки железы шелкопряда вырабатывают преимущественно фибрин шелка, клетки хрусталика глаза - кристалины, ретикулоциты - гемоглобин и т. д. В частности, глобиновая и-РНК была применена в качестве матрицы для синтеза структурных генов, кодирующих в высших организмах первичную структуру соответствующих белков.
Работы по синтезу структурного глобинового гена кролика ведутся в нашем институте не так давно. За это время удалось выделить индивидуальную глобиновую и-РНК. Принципиальные основы методов нам были известны из научной литературы. Однако эти методы удалось существенно изменить и упростить. Так что теперь мы располагаем чистой глобиновой и-РНК в количествах, достаточных для дальнейших исследований.
На выделенной и-РНК как раз и был синтезирован структурный глобиновый ген кролика. В нашей стране такая работа проделана впервые. Теперь перед нами открываются широкие возможности по изучению наследственного аппарата высших организмов.
- Некоторые ученые иногда заявляют, будто человечество как биологический вид клонится к угасанию. Чем же вызван такой пессимистический прогноз?
- Такое мнение действительно встречается. И люди, отстаивающие это мнение, в основном указывают на якобы ослабленное действие естественного отбора. Ведь современная медицина сохраняет жизнь миллионам людей, которые в условиях полудикого существования, конечно, не выжили бы. Поэтому-то и появились утверждения, что в каждом последующем поколении становится все больше людей, отягощенных различными наследственными недугами и дефектами. Накопление вредных генов будто бы и ведет к постепенному вырождению человеческой расы.
Иные сторонники этой точки зрения идут еще дальше. Они утверждают, что общество якобы расслаивается на группы генетически "ценных" и "неполноценных" людей. Носители разных типов генов дают начало разным классовым группировкам.
А раз так, то никакая социальная среда не исправит биологических пороков "неполноценных" классов. Политическая направленность подобных утверждений совершенно ясна: они призваны отвлечь людей от борьбы за лучшую жизнь.
Давайте разберем эти доводы по порядку. Действительно, биологи оперируют понятием "генетический груз". Он есть у самых различных животных и растений. В ходе эволюции в наследственном аппарате отдельных особей могут происходить и нередко происходят отклонения, мутации. Без них ни один вид, как мы уже выяснили, не смог бы приспосабливаться к меняющимся условиям существования. Но мутации, как известно, бывают не только полезными, но и вредными. На свет появляются существа с врожденными дефектами - это своеобразная плата за сохранение вида в целом.
Обычно уровень генетического груза стабилизируется. Он Bысок, если отбор отметает всякую изменчивость, а это чаще всего бывает у диких животных и растений. У них большая часть мутаций вредна.
В человеческом обществе ситуация иная. Конечно, и люди приносят генетические жертвы. Наследственные дефекты разной степени есть у 4 процентов детей. Но при сохранении современного темпа мутаций уровень генетического груза не увеличится ни в одном из будущих поколений. Надо только охранять генетические структуры от вредных воздействий.
Остальная часть мутаций создает огромное, ни с чем не сравнимое разнообразие по группе крови, цвету волос и глаз, строению наружного уха, форме носа и т. д. Изменчивость такого рода людям нисколько не угрожает.
Медицинская генетика сегодня имеет дело с распознаванием и лечением наследственных болезней, то есть с теми изменениями у человека, которые входят в состав его генетического груза. В перспективе мы видим возможность замещения больного гена, подобно тому как ныне пересаживают здоровую почку на место больной. .
Например, несвертываемость крови (гемофилия) вызвана тем, что мутация у одного из предков дала человеку дефектный ген. Сейчас для предотвращения сильных кровотечений нужны очень дорогие препараты, полученные из крови здоровых людей. А если можно было бы ввести в хромосому больного гемофилией нужный ген, то мы навсегда бы избавили человека от страданий.
Сегодня большинство биологов сходится во взглядах на природу раковой опухоли. Говоря несколько упрощенно, это масса клеток, образовавшихся из одной родительской, которая стала аномальной в результате изменений в одном или нескольких генах. В таком случае вполне понятно, что все дочерние клетки, пораженные раком, несут одни и те же злополучные гены. Поэтому не исключена возможность, что в будущем удастся изменить характер таких больных клеток еще до того, как рак разрастется.
Уже удалось, например, ввести отсутствующий ген в клетки больного галактоземией - одним из наследственных заболеваний человека. Из-за генетического дефекта у страдающих этим недугом не образуется фермент, необходимый для расщепления и вывода из организма особого сахара, который содержится в молоке и многих других пищевых продуктах.
