Загадки ДНК

1 – ГМО и лосось

Одним из самых распространенных заблуждений касательно ДНК в целом и генной инженерии в частности, является миф о том, что ГМО вредны, поскольку в них содержатся гены. Более того, в кукурузу присаживают гены лосося, и после употребления ее в пищу, человек начинает буквально обрастать жабрами. Или «заражается» раком.

Так говорят или люди, не учившиеся в средней школе, или люди, которые пытаются убедить вас, что вы не учились в средней школе. Разумеется, стоит начать с того, что не только в ГМО содержатся гены, но и в любой органической пище. Поскольку на одних неорганических добавках, вроде хлорида натрия, долго не протянуть – гены придется употреблять в пищу так или иначе.

Что касается генов лосося… Да, в природе существует так называемый «горизонтальный» перенос генов, когда генетический код передается не от родителя к потомку, а от одного организма к другому, например, ретровирусы способны встраивать свой геном в клетки растений, грибов и животных. Но здесь речь идет о «заражении» генами или раком от ГМО. Это практически как утверждать, будто съев жареную картошку Вы сами поджаритесь до хрустящей корочки. Разумеется, это чепуха. Зато ГМО помогает жить и быть здоровыми многим людям.

К примеру, из-за нехватки бета-каротина, который мы привыкли получать из моркови, ежегодно слепнет более 250 тыс. детей. Казалось бы – пусть выращивают морковь, да только вот морковь у них не растет. Спасти положение мог бы генномодифицированный «золотой рис» (на самом деле оранжевый, из-за бета-каротина), богатый витамином А. Только вот в 2013 году на Филиппинах вытоптали почти все поля с экспериментальным рисом. Причем, это сделали не фермеры, опасавшиеся конкуренции, а простые доверчивые люди, наслушавшиеся сказок о «жабрах» и ставшие противниками ГМО.

2 – Люди Икс

Многие подростки (да и не только подростки) мечтают иметь какую-нибудь суперспособность, стать эдаким Суперменом. Насколько реальны такие мутации?

Начнем с того, что мутации являются неотъемлемой частью нашего существования. ДНК человека, да и вообще любого существа, все время меняется. Мутации в ДНК неизбежны хотя бы из-за того, что при копировании столь большого объема информации как генетический код, неизбежны ошибки. При каждом копировании генома – которое, кстати, не прекращается ни на секунду, ведь клетки делятся непрерывно – происходят тысячи ошибок, большая часть которых ликвидируется специальными механизмами, но какая-то доля остается и продолжает жить. Так и обеспечивается видовое и индивидуальное многообразие.

«Все организмы являются генетически модифицированными относительно своих предков. Это утверждение справедливо и для человека. Как уже упоминалось, между мной, вами и любым другим представителем вида Homo sapiens, за исключением однояйцевых близнецов, найдется около трех миллионов генетических отличий. Именно столько отличий было обнаружено, когда в 2007 году прочитали один из первых полных геномов отдельного человека, ученого Крейга Вентера, и сравнили хромосомы, которые он унаследовал от мамы и папы. Три миллиона – это только число точечных одиночных отличий лишь в один нуклеотид, не считая различных хромосомных перестроек, вставок и делеций участков ДНК. Учитывая, что на Земле живут миллиарды людей, будет сложно указать такой участок генома, который не претерпел бы изменений хотя бы у одного живого человека (если не считать участков, мутации в которых несовместимы с жизнью). Упомянутые миллионы отличий появились не сразу, а накапливались на протяжении длительного времени. У человека в каждом поколении возникают десятки новых мутаций. Ребенок не только получает некую уникальную комбинацию генетических вариантов от родителей, но еще около пятидесяти совершенно новых генетических вариантов, которых ни у кого из родителей не было», – рассказывает известный популяризатор науки, кандидат биологических наук Александр Панчин.

Но как же лазеры из глаз и крылья на спине? Пока что искусственная эволюция не достигла таких высот, чтобы прирастить человеку полнофункциональные крылья. Но при помощи генной инженерии уже можно изменять геном взрослой особи – в этом поможет система CRISPR-Cas, перспективная разработка в сфере генной инженерии, дающая возможность направленного редактирования генома.

Систем CRISPR-Cas довольно много и про каждую коротко не расскажешь. Технология основана на иммунной системе бактерий, представляющую собой особые участки бактериальной ДНК, короткие палиндромные кластерные повторы, или CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Между идентичными повторами располагаются отличающиеся друг от друга фрагменты ДНК — спейсеры, многие из которых соответствуют участкам геномов вирусов, паразитирующих на данной бактерии. При попадании вируса в бактериальную клетку он обнаруживается с помощью специализированных Cas-белков (CRISPR-associated sequence — последовательность, ассоциированная с CRISPR), связанных с CRISPR РНК. Если фрагмент вируса «записан» в спейсере CRISPR РНК, Cas-белки разрезают вирусную ДНК и уничтожают ее, защищая клетку от инфекции.

В 2013 году ученые открыли, что система CRISPR-Cas может работать и в клетках высших организмов, исправляя неправильные последовательности генов. Зачем это нужно? CRISPR-Cas может вылечить наследственные заболевания или даже рак. Кроме того, с ее помощью можно добавить в геном человека что-то полезное – «вырезать» не самые хорошие гены и «вклеить» те, что получше. Таким образом можно получить, к примеру, суперсилу, стопроцентное зрение и абсолютный слух.

3 – Человек-паук

С людьми Икс мы разобрались. А как насчет человека-паука?

В природе существует такое явление как химера – это организм, состоящий из генетически разнородных клеток, результат естественного или искусственного сращивания тканей, принадлежащих разным организмам. Название произошло от древнегреческой мифической твари – огнедышащего чудовища с телом козла, головой льва и хвостом змеи. Первую впервые термин применил немецкий ботаник Ганс Винклер в 1907 году, когда успешно скрестил паслен и томат.

С тех пор, помимо естественных химер, вроде химер-мышей с двойным окрасом и разными глазами, стали появляться искусственные. В 1980-х ученые создали межвидовую химеру овцы и козы.

Эмбрионы были хирургическим путем извлечены из коз и овец на шестой и седьмой день, соответственно, после первого дня течки. После ферментативного удаления zona pellucida – блестящей оболочки, окружающей яйцеклетку – внутренняя клеточная масса козы была отделена от бластоцисты хирургическим путем с применением специфических иммунных сывороток.

Внутреннюю клеточную массу ввели в бластоцисты овец с помощью микроманипулятора. Двадцать две обработанные бластоцисты ввели 12 овцам для дальнейшего вынашивания. Девять овец родили в общей сложности 13 ягнят (выжило 59 % эмбрионов). Девять из них были обычными ягнятами, один оказался козленком, и два — межвидовыми химерами.

У полученного организма наблюдался разный тип шерсти на участках кожи, содержащих клетки овцы и клетки козы.

Человеческие химеры тоже существуют и порой приводят к курьезным ситуациям.

Лидия Фэйрчайлд из штата Вашингтон США после развода со своим мужем Джейми Таусендом обратилась к государству за социальным пособием. Для его получения, Лидии и Джейми пришлось подтвердить отцовство и материнство при помощи ДНК-теста. Здесь и начинается история – тест показал, что Джейми действительно отец детей, а вот Лидия не является матерью ни одного из них. Более того – в это время Фэйрчайлд была беременна четвертым ребенком и тест ДНК сделанный прямо после его рождения показал тот же результат – женщина, только что родившая малыша, не является его матерью. Полиция арестовала Фэйрчайлд и выдвинула обвинение в мошенничестве. К счастью, адвокат Лидии обнаружил статью в журнале New England Journal of Medicine, где был описан похожий случай. После множественных анализов выяснилось, что Лидия Фэйрчайлд является химерой и дети принадлежат ей. Просто гены матки и гены волосяного покрова были абсолютно разными, вот ДНК-тест и показывал, что Лидия не имеет отношения к своим детям.

4 – Парк Юрского периода

Один из вопросов, волнующих научное сообщество – можно ли, в конце концов, клонировать динозавра?

Ответ на вопрос «можно ли извлечь из кости динозавра подлинную ДНК?» прост – нет. Ученые полагают, что молекула ДНК вряд ли может храниться дольше, чем миллион лет. При самых оптимистичных прогнозах и идеальных условиях – не более 5-6 миллионов. Динозавры же вымерли 65 миллионов лет назад.

Сейчас полноценно клонировать динозавра, как это было с пресловутой овечкой Долли, не представляется возможным. Однако все же не исключено, что кропотливая работа позволит когда-нибудь выделить и восстановить «по кусочкам» полную цепочку генетической информации какого-нибудь древнего ящера.