Зимина Анастасия
Ученица 10 «А» класса
МОУ СШ №14 «Зелёный шум»
г. Волжский
«Новые технологии и жизнь»: «Будущее технологии CRISPR/Cas»
Представьте, что мы живем в 80-х и вдруг сказали, что вскоре компьютеры будут заниматься всем. Что миллиарды людей будут связаны особой сетью, а телефоны станут размером с ладошку. Это показалось бы абсурдным и даже безумным. Но всё это произошло! Научная фантастика из фильмов и книг стала частью обыденности, и мы даже не задумываемся об этом. Сегодня подобные процессы происходят с генной инженерией. Она медленно, но верно развивается и обретает общественный интерес.
Люди проектировали жизнь тысячелетиями. С помощью селекции мы улучшали полезные свойства растений и животных, но при этом никогда на самом деле не понимали, как это работает. Откуда появлялись подобные изменения? Это оставалось загадкой, пока люди не открыли для себя код жизни - дезоксирибонуклеиновую кислоту[1].
ДНК – это сложная молекула, которая контролирует рост, развитие, работу и размножение всего живого. Оказалось, что информация закодирована в структуре молекулы. Так четыре нуклеотида располагаются попарно, в соответствии с правилом комплементарности, и формируют код с инструкцией для последующего выстраивания и-РНК и синтеза белков при помощи т-РНК и рибосом. Если изменить инструкцию, изменится и существо, несущее ее в себе. Казалось бы, ответ найден. Но это было только началом.
Когда ДНК была открыта, люди пробовали с ней работать. В 1960-х ученые облучали растения радиацией, чтобы вызвать случайные мутации в генетическом коде и получить что-либо новое[2]. Всё проходило методом проб и ошибок с опорой на ранее полученные данные. Идея состояла в абсолютно случайном получении полезного растения. Иногда это даже срабатывало! Но, в большей степени, это всё же был процесс наработки опыта.
Потом в 70-х ученые вставляли фрагменты ДНК в бактерии, растения и животных, чтобы изучать и менять их для исследований, медицины, сельского хозяйства. Первое генетически модифицированное животное родилось в 1974-м, это была мышь[3]. С того самого момента она же стала стандартным средством для исследований, спасших миллионы жизней.
Сегодня множество веществ уже производятся с помощью модифицированных организмов. К ним можно отнести факторы свёртывания крови, гормоны роста и инсулин, которые раньше приходилось добывать из органов животных. Но как насчёт работы с самим человеком?
90-е отметились началом попыток проведения испытаний в инженерии на людях. Например, для лечения женского бесплодия, зародыш наделили генами сразу трех человек[4]. Таким образом, впервые родился ребёнок с тремя биологическими родителями. Все это неоспоримо полезно, но до недавнего времени изменение генов было крайне дорогим, сложным и долгим.
Все изменилось благодаря революционной технологии - CRISPR/Cas. Стоимость генной инженерии стала постепенно уменьшаться и становиться всё более доступной. Теперь вместо года для эксперимента достаточно нескольких недель, и практически любой может заняться генной инженерией при наличии необходимого оборудования и навыков. Сложно передать, насколько CRISPR революционна. Она имеет потенциал изменить людей навсегда. Но не слишком ли мы спешим. Как вообще всё это работает?
Бактерии и вирусы соперничают с начала жизни: Вирусы-бактериофаги охотятся на бактерии. Вирус делает это, вставляя свой генетический код. Он использует её в качестве фабрики по производству собственного белка. Бактерии пытаются безуспешно сопротивляться, но, в большинстве случаев, их защитные механизмы оказываются слишком слабыми. Но иногда они способны приспособиться и выжить[5]. Тогда такие представители могут активировать свою самую эффективную противовирусную систему. Бактерии сохраняют часть ДНК вируса в своём генетическом коде, ДНК-архиве "CRISPR". Здесь она хранится до необходимого момента. Когда вирус снова атакует, бактерия создает РНК-копию из ДНК архива и заряжает секретное оружие - белок Cas9. Этот протеин сканирует бактерию на предмет вмешательства вируса, сравнивая каждую часть найденного ДНК с архивом. Когда находится стопроцентное соответствие, он активируется и отрезает ДНК вируса, делая его бесполезным, таким образом, защищая бактерию. Что характерно, Cas9 очень точен, словно опытный хирург. Переворот произошел, когда ученые поняли, что система CRISPR программируема - можно просто дать копию ДНК, которую нужно изменить, и поместить систему в живую клетку.
Если старые методы манипуляции генов похожи на карту, то CRISPR - скорее как спутниковая система из будущего. Помимо точности, дешевизны и простоты использования, CRISPR позволяет включать и выключать гены живых клеток, а также изучать конкретные последовательности ДНК. Этот метод также работает с любыми клетками, микроорганизмами, растениями, животными или людьми. Несмотря на революционность CRISPR для науки, это все еще инструмент первого поколения, который требует множества доработок.
В 2015-м ученые использовали CRISPR для удаления вируса ВИЧ из клеток пациентов, и доказали, что это возможно[6]. Годом позже они провели более экстремальный эксперимент с крысами с вирусом ВИЧ в практически всех их клетках. Учёные просто ввели CRISPR в их хвосты, и смогли удалить более 50% вируса из клеток по всему телу. Подобное не удавалось проделать даже при помощи сильнодействующих лекарств.
Я предполагаю, что такими темпами, через несколько десятилетий CRISPR поможет избавиться от ВИЧ и других ретровирусов.
А еще есть генетические заболевания. Они бывают от слегка раздражающих до смертельных. С мощными инструментами вроде CRISPR, я верю, что однажды мы сможем покончить с этим. Многие заболевания вызываются единственной заменой в ДНК. Так почему бы её не вырезать и тем самым не вернуть клетку к нормальному функционированию? Уже через пару десятилетий мы, может быть, сможем навсегда уничтожить тысячи заболеваний.
Однако у всех эти медицинских применений один недостаток - они ограничены одним пациентом и умрут вместе с ним, если мы не используем их на репродуктивных клетках или на ранней стадии развития плода. Именно поэтому технология никогда не остановит своё преображение и усовершенствование.
Я считаю, что CRISPR будет использоваться даже ещё шире - создание модифицированного человека, спроектированного ребенка. Это принесет необратимые изменения в человеческом генофонде. Подобное уже пытались применить дважды. В 2015-м и 2016-м проходили эксперименты китайских ученых с человеческими эмбрионами[7]. Они достигли частичного успеха на второй попытке. В процессе выявили гигантские трудности в редактировании генов эмбрионов, но множество ученых уже работают над решением этих проблем.
Модифицированные люди могут изменить геном всего нашего вида, потому что их привитые качества будут переданы их детям, и через поколения медленно распространятся, медленно меняя генофонд человечества.
Это начнётся постепенно. Первые спроектированные дети не будут сильно отличаться от нас. Скорее всего, их гены будут изменены для избавления от смертельных наследственных заболеваний. По мере развития технологий все больше людей начнут думать, о чём-то большем.
Сначала некоторые черты никто не будет трогать, посчитав их мелочами. Но по мере роста одобрения технологии и наших знаний о генетическом коде, расти будет и соблазн.
Огромные перемены придут как результат накопления личных решений миллионов людей. Модифицированные люди могут стать новой нормой.
Пока генная инженерия становится все более привычной, а наши знания улучшаются, мы можем подойти к искоренению главной причины смертности - старения. Сегодня считается, что старение вызывается накоплением повреждений в наших клетках, вроде разрывов ДНК или износа систем, ответственных за исправление этих повреждений. Но есть также и гены, которые напрямую влияют на наше старение. Так почему бы не заблокировать их на время? Генная инженерия и прочая терапия могли бы остановить или замедлить старение. Возможно, даже обратить его вспять. Мы знаем, что в природе есть животные, которые не стареют[8]. Может, мы могли бы взять у них пару генов и использовать их на благо. Мы все равно будем умирать, но только уже через пару тысяч лет, прожитых в окружении наших любимых.
Владея модифицированной иммунной системой с перечнем потенциальных угроз, мы могли бы стать неуязвимыми для большинства заболеваний. Ещё позже мы смогли бы создать людей для длительных космических перелетов и для адаптации к различным условиям на других планетах, что было бы крайне полезно для поддержания нашей жизни во враждебной вселенной. Это бы стало ключом к раскрытию многих тайн и загадок мироздания.
Но можно найти и ложку дёгтя в этой бочке мёда. Есть несколько главных препятствий, технологических и этических. Многие почувствуют страх перед миром, где все меняют себя направо и налево, а потомство выбираем на основе того, что считается здоровым. Но важно понимать, что мы уже сегодня отбираем людей, основываясь на состоянии здоровья. Нет смысла притворяться, что это изменится, поэтому нам необходимо действовать осторожно и этично. Однако всё это перспективы будущего и сначала нужно добраться до должного развития технологии. Уже потом каждый сможет сделать для себя осмысленный выбор.
Несмотря на мощность CRISPR, метод не лишен недостатков. Могут случиться ошибки при редактировании в любой части ДНК и остаться незамеченными. Изменение гена может достичь нужного результата и вылечить от заболевания, но вместе с этим спровоцировать нежелательные изменения. Мы попросту недостаточно знаем о сложных взаимосвязях наших генов, чтобы избежать непредсказуемых последствий.
Подобное может стать поводом для запрета инженерии и связанных с ней исследований, но это определенно было бы ошибкой. Запрет на генную инженерию человека может закрыть для нас дверь к новому. Только участвуя в процессе, мы сможем быть уверены, что исследование ведется с осторожностью, разумом, контролем и прозрачностью. Почти в каждом из нас есть какое-то несовершенство, так почему бы их не исправить? Технология устрашает, но нам есть что выиграть. Возможно, мы покончим с болезнями, увеличим продолжительность жизни на века, отправимся к звездам и сможем модернизировать себя. Каким бы ни было наше мнение о генной инженерии, будущее наступает несмотря ни на что. То, что раньше было научной фантастикой, вскоре станет нашей новой реальностью. Реальностью, полной возможностей и задач.
Ссылки на источники:
[1] https://ru.wikipedia.org/wiki/Дезоксирибонуклеиновая_кислота
[2] https://redlily.ru/articles/300/?full
[3] https://ru.knowledgr.com/06485389/ГенетическиМодифицированнаяМышь
[4] https://tsargrad.tv/articles/jeksperimenty-s-genomom-zachem-redaktirujut-ljudej_172914
[5] https://vechnayamolodost.ru/articles/gennaya-inzheneriya/crispr-cas9-kratkaya-entsiklopediya/
#:~:text=CRISPR%2FCas9%20—%20это%20новая%20технология,Regularly%20Interspaced%
20Short%20Palindromic%20Repeats)
[6] https://spid.center/ru/articles/137/#:~:text=В%20своей%20новой%20работе%20ученые,его%
20повторной%20встраиванию%20в%20хромосомы
[7] https://polit.ru/article/2016/05/02/ps_embryo/
[8] https://pozitiv.guru/flora-fauna/9190-nestareyushhie-zhivotnye.html