ГМ-животные
Горан Ханссон, член Нобелевского комитета 2007 года: «Сложно представить современные медицинские исследования без использования направленного воздействия на гены. Способность создавать у мышей предсказуемые мутации генов дала нам важные знания о развитии, иммунологии, нейробиологии, физиологии и метаболизме»
Имена «бесстрашная мышь», «онко-мышь», «могучая мышь» и «беспокойная мышь» звучат как мышиный эквивалент черепашек-ниндзя. На самом деле это генетически модифицированные животные, перевернувшие наш подход к исследованию заболеваний.
С момента, когда в 1974-м Рудольф Джениш из Массачусетского технологического института ввел инородную ДНК в эмбрион мыши, были получены миллионы ГМ-грызунов. Они помогли разработать новые методы лечения множества болезней, например раков груди и простаты, и они сыграют центральную роль в появлении нового поколения лекарств и вакцин.
Генетическая инженерия также может превратить животное в биологический завод — для производства лекарств и прочих полезных веществ. В будущем проблему органов для трансплантации удастся решить, меняя почки и сердца свиней так, чтобы их можно было пересаживать людям. Кроме того, мясо можно сделать более питательным или, например, победить малярию.
О ГМ-мышах и людях
Абсолютное большинство живущих ныне ГМ-животных — грызуны, а большинство из них — мыши. В Великобритании, где опыты на животных регистрируются в рамках программы социальной защиты, треть из ежегодных 3,1 миллиона экспериментов ставится на ГМ-мышах. Одним трансгенным животным, как, например, онко-мыши, созданной в 1988 году, гены добавляют путем заражения эмбриона вирусом. Онко-мышь несет вирус, делающий ее восприимчивой к раку. Другим животным производят «нокаут» генов - гены инактивируют, чтобы узнать их функцию.
Первую нокаутную мышь создали в 1989 году Мартин Эванс, Марио Каппечи и Оливер Смитис, получившие Нобелевскую премию по медицине. Эванс открыл эмбриональные стволовые клетки (о которых подробнее в главе 35), которые можно использовать для введения в мышиные эмбрионы генетически модифицированных тканей. Каппечи и Смитис независимо друг от друга разработали метод использования рекомбинации (процесса обмена ДНК хромосомами) для выключения конкретных генов.
После объединения методов удалось получить мышей без любого конкретного гена (можно нокаутировать любой ген, но часто это приводит к гибели). У первых нокаутных животных отсутствовал ген HPRT, который у людей вызывает редкое заболевание — синдром Леша-Найхана. Вскоре появились живые модели для муковисцидоза, рака и других заболеваний человека. Генетики, желающие определить функцию гена, теперь могут выключить его в мыши и смотреть, что будет дальше. При нокауте гена белка миостатина получаются «могучие мыши» - с ненормально большими мышцами. Другие мыши становятся «бесстрашными» и ластятся к кошкам. Ученые теперь могут заказать готовую мышиную модель человеческого заболевания и исследовать его развитие или влияние на него лекарств. «Беспокойная мышь», например, страдает неврозами. Существуют мыши, восприимчивые к болезни Альцгеймера, сердечно-сосудистым заболеваниям и болезни Паркинсона.
Животная фарма
Паутина — одно из самых прочных волокон на планете, ее прочность на растяжение в пять раз превышает прочность стали. Это свойство делает ее крайне привлекательной для промышленности: ее можно использовать в кабелях, шовном материале, искусственных связках и даже пуленепробиваемых жилетах. Но у паутины есть один большой недостаток: пауки производят ее слишком мало, а кроме того, они территориальные хищники, которых невозможно разводить. Генетическая инженерия дала оригинальное решение, названное фармингом. Канадская компания Nexia ввела два паучьих гена в коз, и те стали производить белки паутины вместе с молоком. Эти белки можно выделить в большом количестве и вплести в волокна.
Сходный подход используется американской компанией GTC Biotherapeutics, которая добавила козам человеческие гены и теперь получает из молока фактор свертывания крови. В 2006 году изготавливаемое таким методом лекарство «Атрин» стало первым фарминговым препаратом, одобренным для человека. Пока в США и Великобритании не одобрили ни одного получаемого от ГМ-животных продукта, но уже близки к этому. Например, ученые из Гарварда добавили ген круглого червя Caenorhabditis elegans свиньям, чтобы те производили жирные кислоты омега-3. Обогащенный этими веществами рацион улучшает работу мозга и снижает риск сердечно-сосудистых заболеваний, но в природе эти кислоты встречаются только у лососевых рыб. Поросят, чей бекон стал полезной и здоровой пищей, так и назвали — Лосось, Тунец и Форель. Нет никаких указаний на то, что ГМ-мясо, молоко или яйца вредят здоровью, но примут ли их покупатели, неизвестно.
Другое интересное применение генетической инженерии - создание в будущем свиней с «очеловеченными» органами, которые иммунная системая человека не отторгнет при трансплантации. Каждый год тысячи людей умирают в ожидании новой почки, сердца или печени, а свиные органы идеально подходят по размеру. ГМ-животные могут разом решить проблему дефицита.
Однако такая «ксенотрансплантация» может столкнуться еще с одним аспектом генетики. Геном свиней усыпан ДНК вирусов, вписавшихся в генетический код миллионы лет назад. Если свиньям их эндогенные вирусы никак не вредят, то некоторые из них в пробирке заражают человеческие клетки. Пока невозможно предсказать, что произойдет с людьми, которым пересадили свиные органы. Однако генетика может решить и эту проблему: ученые определили рецепторы, через которые эти вирусы проникают в клетки, и, возможно, удастся их выключить.
ГМ-комары
Малярия, передаваемая людям комарами, каждый год уносит 2,7 миллиона жизней, преимущественно в Африке. Команда из Университета Джона Хопкинса намерена победить эту болезнь при помощи генетической инженерии. Они создали ГМ-комара, имеющего белок, благодаря которому комар невосприимчив к малярийным паразитам.
Малярия делает зараженных комаров бесплодными, поэтому у ГМ-комара будет преимущество. А значит, со временем устойчивые насекомые заменят своих естественных родственников и остановят распространение паразита. Однако этому подходу противятся экологические активисты, возражая против замены комара натурального на комара генетически модифицированного. Пока ни один комар не был выпущен на волю.
Генетически модифицированные животные — жестокость?
Сам процесс генетической инженерии никак не угрожает благополучию животных, но добавленные или нокаутированные гены могут приводить к различным эффектам. Нет причин считать, что «фарминговые» ГМ-животные чем-либо отличаются от своих традиционных родственников: у коз-пауков и омега-3-свиней не наблюдалось никаких проблем. Однако многие лабораторные ГМ-животные, в первую очередь мыши, создаются с целью моделирования человеческих заболеваний, поэтому страданий им не избежать. На других животных тестируют новые лекарства или хирургические методы. В Британии две трети ГМ-мышей используются для отбора клеток или поддержания колоний и никогда не подвергаются экспериментам.