7.3.3. Генетическая инженерия -- манипуляции с ДНК живых организмов с целью изменения наследственности этих организмов
.7.3.3. Генетическая инженерия -- манипуляции с ДНК живых организмов с целью изменения наследственности этих организмов
В последние десятилетия генетическая инженерия освоила самые различные формы живого (микроорганизмы, грибы, растения, животные, человек) и имеет многочисленные приложения в биотехнологии и медицине. Генетическая инженерия ведет отсчет своей истории с пионерской работы П. Берга с соавт. (Станфордский университет, 1972) по получению рекомбинантной ДНК, включающей фрагменты ДНК бактериофага l, ДНК бактерии Escherichia coli и ДНК обезьяньего вируса SV40. В конце 70-х годов реализован практически важный генноинженерный проект – получение человеческого гормона соматостатина с помощью клеток E. coli, в которые был введен соответствующий ген. Работы в области генетической инженерии включают четыре основных этапа (Рис. 16):
Получение нужного гена — вырезание его из ДНК (например, гена, кодирующего инсулин, из человеческой ДНК) с помощью «молекулярных ножниц» — ферментов-рестриктаз; химический или химико-ферментативный синтез интересующего гена; синтез необходимого фрагмента ДНК на основе информационной РНК с помощью ревертаз
Встраивание гена в генетический элемент (вектор), способный к размножению (репликации). Роль векторов могут выполнять вирусы, способные быстро размножаться и переносить интересующий ген из клетки в клетку, распространяясь по ткани растения или животного. В этом отношении открываются перспективы лечения наследственных заболеваний человека путем введения вирусов, разносящих недостающие гены по всем ~1011 клеток человеческого тела. Другой важный класс генетических векторов — плазмиды, автономные (внехромосомные) генетические единицы, найденные у бактерий, грибов, растений и животных. Наибольшее применение в генетической инженерии нашли бактериальные плазмиды, особенно плазмиды E. coli.
Введение гена (в составе вектора) в интересующий организм путем трансформации (перенос свободной ДНК в клетку), трансфекции (с помощью вируса), а в случае бактерий, также конъюгации (передача ДНК из клетки в клетку через половые ворсинки). В последнее десятилетие ДНК также впрыскивают путем микрошприца или транспортируют с помощью «микроскопических пуль» (микропрожектилей).
Отбор клеток, получивших желаемый ген. Проводится на основе признака, кодируемого геном (так, клетки бактерий с встроенным в них геном b-галактозидазы — фермента, необходимого для усвоения сахара лактозы, могут быть отделены от всех остальных при выращивании на питательной среде с лактозой как единственным питательным компонентом — при этом выживут только клетки со встроенным геном — продукты генноинженерного проекта). Возможен также отбор путем иммунологической детекции белка, кодируемого данным геном или путем неспоредственного обнаружения интересующего гена в составе ДНК (с помощью ДНК-зондов).
Путем генетических манипуляций к настоящему времени удалось заставить клетки бактерий (в первую очередь, E. coli), дрожжей, насекомых (например, шелкопряда) производить человеческие белки инсулин, интерфероны, антитромбогенный фактор VIII, гормон роста, плазминоген и др. вещества, представляющие собой лекарственные препараты (так называемая «индустрия ДНК» как область фармакологии). В частности, полученный с помощью генноинженерного мутанта E. coli инсулин необходим для диабетиков, у которых обычно используемый свиной или бычий инсулин вызывает аллергические реакции, а фактор VIII – для больных гемофилией А. Причем, в отличие от фактора VIII из природного источника (крови), он заведомо не содержит вирус СПИДа или гепатита. Генноинженерные микробные продукты находят применение, помимо медицины, также во всех других областях (пищевая промышленность, сельское хозяйство, химическая промышленность и др.), где применяется биотехнология в целом. Например, в бактериальной системе, клонирован ген заменителя сахара тауматина (природный источник – африканское растение). Тауматин слаще свекловичного сахара в 10000 раз.
Немало надежд и в то же время опасений связано с разработками по получению генетически модифицированных (genetically manipulated, GM – английское сокращение, распространившееся по всему миру) растений, также называемых трансгенными растениями. К числу сенсационных новинок относятся морозоустойчивые помидоры, в которые был внедрен ген антарктической рыбы. Подобные разработки с самого начала вызывали энергичные протесты Дж. Рифкина и других активистов, вырвавших в 1987 г. с корнем кусты трансгенной земляники на опытной плантации; ожидаются также возражения вегетерианцев против продажи в супермаркетах помидор с животным белком, тем более, что, скажем, в США фирмы пока еще не обязаны ставить особые пометы (например, ярлык «GM») на трансгенных продуктах. Ряд вопросов и возражений вызывал также иной генноинженерный метод придания морозоустойчивости растениям – их опрыскивание взвесью клеток генноинженерного штамма «ice-minus» бактерии Pseudomonas syringea. Мутант вытесняет дикий тип этой бактерии, клетки которой в природе служат центрами льдообразования. Сам генноинженерный мутант имеет измененную форму клетки и потому не может служить центром кристаллизации при замерзании воды. Не приведет ли бесконтрольное распространение в природе генноинженерных «ice-minus» мутантов к глобальному нарушению естественного процесса образования льда – вплоть до таяния ледников и нового всемирного потопа?
Широкое сельскохозяйственное применение находят ныне растения, устойчивые к пестицидам, насекомым, различным возбудителям заболеваний. Так, яблони, фисташки, брокколи, люцерна, рапс, рис, хлопок, клюква, баклажаны, картофель и другие сельскохозяйственные культуры были обогащены генами, отвечающими за синтез губительного для насекомых токсина Bacillus thuringiensis. Уже в 1998 г. трансгенные растения возделывались на площади, значительно превышающей площадь Великобритании. В глобальном масштабе культиврование трансгенных растений принесло в 1995 г. доход в 75 млн. долларов США, в 1998 г. – 1, 5 млрд. долларов; предполагается, что в 2010 г. этот доход будет составлять приблизительно 25 млрд. доларов[104].
Ведутся работы по улучшению вкусовых качеств растительных продуктов, удлинению сроков их хранения (примером служат трансгенные помидоры, у которых замедлен процесс созревания и размягчения плодов).
В ряде лабораторий мира предпринимаются попытки создания трансгенных животных, в молоке которых содержатся белковые препараты медицинского назначения. С помощью гена a-антитприпсина ААТ, были получены трансгенные овцы, в молоке которых содержится до 35 г/л этого белка (Рыбчин, 1999). a-антитприпсин ингибирует фермент эластазу и служит лекарством для больных с избыточной активностью данного фермента. Трансгенные козы содержат в молоке человеческие моноклональные антитела и антитромбин (Rifkin, 1998).
Сконцентрируем внимание на биополитических (и взаимосвязанных с ними биоэтических) проблемах генетической инженерии.. Одной из основных проблем с начала 70-х годов, остается проблема непредвиденного или, что еще хуже, умышленного получения опасных «генетических монстров»: болезнетворных микроорганизмов и вирусов, бесконтрольно размножающихся сорняков и даже стандартизованных людей (см. также подраздел о клонировании). Эта опасность была предметом конференции в Асиломаре (США) уже в 1975 г. Были разработаны детальные инструкции по генетической инженерии, которые во многих случаях ограничивают выбор исследователя, скажем, такими дефективными объектами, которые могут размножаться только в лаборатории. К тому же стало ясно следующее: любой живой организм является целостной, слаженно функционирующей системой. Вмешательство человека в гены, контролирующие деятельность этой системы, с большой вероятностью приведет к нарушению функционирования этой системы. Все это может снижать приспособленность полученного существа и тем самым уменьшает риск его распространения за пределами генетической лаборатории.
И все же указанная опасность реальна по сей день. Поэтому так сильны бывают протесты против внедрения всякого нового достижения генетической инженерии. Чем ближе подходят исследователи по эволюционной лестнице к человеку (а ныне сам человек уже находится в фокусе их внимания), тем более обостряются связанные с генетической инженерией биополитические/биоэтические проблемы, имеющие также религиозные обертона (человек пытается играть роль Бога-Творца). В этой связи возникает и вопрос о допустимости патентования живых организмов - продуктов генетических манипуляций. Является ли траснгенная мышь творением божьим или она «дело рук человеческих»? Последнее подразумевается в целом ряде патентов, защищающих новые формы жизни – результаты генноинженерных разработок. Еще в начале 80-х годов, после выигранного судебного процесса Chakbarty v. Diamond, в США был получен патент на генноинженерную бактерию, способную разлагать сырую нефть. Спор о допустимости патентования живого вновь возник в США после оформления в 1988 г. заявки на патент на «гарвардскую мышь». Данная разновидность мышей была генетически модифицирована ради исследований по проблемам рака. Этот патент вызвал дебаты о генетических исследованиях и допустимости вмешательства в природные процессы, что привело к слушаниям в Конгрессе и четырехлетнему мораторию на патентование новых форм жизни. После снятия моратория в 1992 г. были получены патенты, например, на следующие трансгенные разновидности мышей: (1) мышь, производящая человеческий интерферон; (2) мышь с доброкачественной опухолью предстательной железы; (3) мышь, лишенная иммунитета.
«Попытка играть роль Творца» новых форм живых организмов оборачивается, в некоторых генноинженерных разработках, сугубо практическим последствием: природа указывает на ограниченность пределов таких попыток тем, что введение новых генов в ряде случаев не приводит к желаемым эффектам или вызывает не предсказанные заранее последствия. Введение генов красной окраски цветков в геном петуний, помимо достижения желаемого эффекта, также снизило их плодовитость и повлияло на облик корней и листьев. Введение гена «чужого» гормона роста в геном лососи не только укорило рост этой рыбы, но и изменило ее окраску: лосось стала зеленой[105].
Большинство продуктов из сои в американских супермаркетах изготовлены из ее пестицидустойчивых трансгенных сортов. Возможность побочных эффектов и недостаточное тестирование трансгенных живых организмов объясняет тревогу тех, кому предлагают купить получаемые из них продукты. Трансгенные помидоры сорта Flavr Savr (с удлиненных сроком хранения) содержали также не нужные потребителям гены устойчивости к антибиотикам канамицину и неомицину; помимо этого, возникли сомнения в питательной ценности этих помидор. В результате производитель помидор Flavr Savr компания Calgene изъяла свой продукт с рынка США. Аналогично, компания Monsanto изъяла два трасгенных сорта рапса с канадского рынка, в силу наличия у них «не запланированного гена». Подобные ситуации возможны и в других странах, и важных шагом могло бы быть создание наделенных достаточными полномочиями независимых экспертных комиссий, которые не должны быть повязаны общими интересами с производящими генноинженерные продуткы компаниями. Ведь транснациональные компании откровенно преследуют свои финансовые интересы. Представитель Monsanto прямо заявил: «Monsanto не гаратирует безопасности продуктов питания. Она заинтересована в сбыте как можно большего их колическтва». В подразделе 7.3.1 мы уже вели речь о потенциальной роли сетевых общественных организаций типа Датского совета по технологиям.
Пестицидустойчивые растения производятся генноинженерными предприятиями наряду с соответствующими пестицидами. Так, Monsanto производит пестицид (гербицид) широкого спектра действия Roundup и, в дополнение к нему, семена устойчивых к этому пестициду растений – кукурузы и сои («Roundup Ready crops»). Этот пестицид при интенсивном его применении фермерами попадает в почву и воду, уничтожает всю дикорастущую флору. Устойчивая к Roundup соя, широко используемая в пищевой промышленности, не прошла достаточно длительных полевых испытаний, поэтому вопрос об ее полной безвредности для человека остается открытым. Уже упомянутая выше целесообразная практическая мера – маркировка всех генноинженерных продуктов – обсуждается в юридическом аспекте во многих странах, включая и Россию. В Южной Корее и Японии обсуждаются законы об обязательной маркировке всех пищевых продуктов, содержащих примесь ингредиентов, получаемых из трансгенных растений.
Трансгенные растения и (в перспективе) животные, при всех своих возможных преимуществах, будут способствовать уже рассмотренной выше (7.1.) тенденции к монокультуре (выращиванию в чистом виде) в различных регионах мира одних и тех же сортов или пород, со значительным ущербом для био-разнообразия и угрозой глобальных выспышек губительных заболеваний у этих растений/животных. Еще до расцвета генетической инженерии увлечение стандартными сортами (хотя и продававшимися под разными торговыми марками) привело в США к гибели значительных плантаций кукурузы (в 1970 г.) и пшеницы (в 1972 г.) в результате эпифитотий (растительных эпидемий).
Влияние генетической инженерии на глобальную экономическую и политическую ситуацию обещает быть двояким.
С одной стороны, генетическая инженерия обещает людям всей планеты высокоэффективное сельское хозяйство, новые ценные лекарственные препараты, дешевую пищу для бедняков, а также улучшение экологической обстановки вследствие частичного отказа от пестицидов при возделывании устойчивых к вредителям и сорнякам сельскохозяйственных культур. С другой стороны, уже отмеченный факт преимущественной ориентации биотехнологических компаний-гигантов на богатых клиентов Запада угрожает еще более углубить уже существующую пропасть между «золотым миллиардом» и остальным человечеством. Подчеркнем, что эта тенденция может быть смягчена усилиями, в каждом регионе и каждой стране, местных сетевых групп общественных активистов, чья деятельность должна находить поддержку у глобальных межгосударственных структур калибра ЮНЕСКО. Целью деятельности и локальных, и интернациональных сетевых групп может быть помощь тем индивидам, группам и регионам, которые в ней наиболее остро нуждается. Например, генетическая инженерия могла оказать немало помощи фермерам развивающихся стран. Генноинженерным путем можно было бы получить многолетние разновидности однолетних растений, что устранило бы затраты труда на их ежегодный посев. Трансгенные растения можно было обогатить питательными веществами, позволив большему числу людей утолить голод. Тем не менее, по пессимистическим футурологическим прогнозам, может пройти целое десятилетие и даже более, прежде чем потенциальные преимущества биотехнологии станут доступными менее развитым странам. Там, где ожидаются ничтожные доходы, будет предприняты, вероятно, и незначительные усилия.
Влияние трансгенных сельскохозяйственных культур на глобальную экологическую ситуацию также является двояким. Уже отмечалось, что устойчивые к патогенам, вредителям или сорнякам растения снижают разрушение био-окружения пестицидами, но пестицид-устойчивые трансгенные сорта, напротив, способствуют неумеренному использованию пестицидов. Все трансгенные сельскохозяйственные культуры создают риск переноса своих генов в геномы других растений (плазмиды и другие векторы). Как понравятся фермерам, скажем, гербицид-устойчивые сорняки?
В природе не прекращаются коэволюционные процессы. Человек как новый фактор эволюции вносит в природные экосистемы генноинженерные сорта, породы, штаммы, которые вызывают те или иные ответы у взаимодействующих с ним организмов. Устойчивые к насекомым Bt-растения (трансгенные растения, вырабатывающие токсин B. thuringiensis) стимулируют эволюцию в направлении появления и распространения новых разновидностей насекомых, устойчивых к этому токсину. Вирус-устойчивые трансгенные растения, как ожидается, рано или поздно станут жертвами изменившихся вирусов, которые преодолеют защитные механизмы, созданные генетическими инженерами.
В заключении к этому подразделу охарактеризуем лежащую в основе генетической инженерии философскую позицию. В отличие от «восточных», «натурфилософских» направлений современной биотехнологии (см. выше, 7.2), большинство генноинженерных разработок пропитаны редукционизмом (сведение живого организма до совокупности его генов) наряду с определенной легитимацией права человека перетасовывать эти гены, «играть в бисер» и в этой ипостаси уподобляться Творцу. Эти установки существенно перевешивают другую философскую струю, звучащую и более натуралистично, и более в духе коэволюционизма – понимание (и оправдание существования) биотехнологии как части природного процесса эволюции, то, о чем писал Дж. Рифкин (Rifkin, 1998). Преобладание откровенного редукционизма в понимании живого характерно для многих футурологических прогнозов и планов грядущих достижений генетической инженерии. К 2010 г. предполагается превратить растения в «химические фабрики», поизводящие не только лекарства и пищевые добавки, но и пластики, краски, компоненты моторного топлива и присадки к нему. Трансгенные животные, помимо их использования в качестве «ферментеров» для медицинских препаратов, могут служить культиваторами человеческих органов, выращиваемых в их брюшной полости (после модификации их белков с целью предотвращения иммунных реакций отторжения). К середине XXI века прогнозируют возможность создания «жизни в пробирке», начиная с одноклеточных существ, но далее, возможно, переходя к многоклеточным организмам. Некоторые футурологи, работая в жанре научно обоснованных утопий, предрекают создание c применением генетических технологий «комбинированных электронно—органических систем», сочетающих принципы устройства мозга и компьютера. Эти системы будут способны к эмоциям и вдохновению и превосходить людей по инеллекту. Коллизии биополитического типа возникнут, если подобные био-киборги заявят о политических правах вплоть до права выдвигать свою кандидатуру на президентских выборах.
Ситуацию с генетической инженерией как частью современной биотехнологии можно резюмировать так: особая моральная позиция современной биотехнологии определяется ее беспрецедентной способностью делать добро и также беспрецедентной способность творить зло (Anderson, 1987). Такая «моральная двойственность» биотехнологии вообще и генетической инженерии в особенности была также в фокусе внимания работ биополитика Т. Виджела посвященных биополитическому значению биотехнологии.
Медицинские аспекты генетической инженерии рассмотрены в самостоятельном подразделе о генетической терапии и диагностике (см. ниже).