Пиво без хмеля и сверхчеловек

Технология редактирования генома CRISPR стремительно вторгается в нашу жизнь. Ее называют среди ключевых трендов современности, которые кардинально меняют мир — наравне c искусственным интеллектом, умными городами и беспилотным транспортом. Причем прорыв происходит не только в борьбе с неизлечимыми болезнями, но и на бытовом уровне. 

В качестве примера стоит привести новую работу биологов из Калифорнийского университета в Беркли. На первый взгляд это может показаться надругательством над идеей пивоварения: ученые сварили в лаборатории «хмельное» пиво без хмеля. 

Авторы проекта «Пивоваренная наука Беркли» Чарльз Денби и Рэйчел Ли использовали генетически модифицированные дрожжи, которые не только поддерживали брожение, но и придавали пиву знакомый вкус. Настолько знакомый, что сотрудники американской пивоваренной компании Lagunitas во время слепой дегустации признали «лабораторное» пиво более «хмелевым», чем традиционное, и отметили легкие фруктовые нотки.

Штаммы дрожжей были изменены с использованием тех самых геномных ножниц CRISPR/Cas9. Всего ученые вставили в ДНК дрожжей четыре новых гена. Два из них были «позаимствованы» у мяты и базилика. Они отвечают за производство ферментов — линалоолсинтазы и гераниолсинтазы, которые участвуют в продуцировании общих для многих растений ароматических веществ. Еще два гена, полученные от других видов дрожжей, стимулировали производство молекул-предшественников, необходимых для синтеза основных компонентов хмелевого вкуса — линалоола и гераниола.

Вместе с новыми генами в ДНК дрожжей вставили так называемые промоторы, которые регулируют синтез белка. С помощью специально разработанной программы исследователи рассчитали правильное их сочетание, которое обеспечивало содержание линалоола и гераниола в экспериментальном пиве в тех же пропорциях, что и в коммерческом.

По оценкам экспертов, коммерциализация метода CRISPR может начаться уже в ближайшие годы. И в последнее время появляются разработки, которые способны резко ускорить этот процесс. 

Так, открытие ученых из Стэнфордского университета может иметь решающее значение для всей биотехнологической отрасли и общественного здравоохранения. Исследователи предложили использовать метод CRISPR для моделирования человеческих раковых опухолей в организме мышей. Это станет важным шагом в разработке противораковых препаратов. Дело в том, что раковые опухоли в теле людей, как правило, имеют более одной мутации, и ранее моделирование даже одной опухоли было многолетней монументальной работой, так как требовало размножения нескольких линий генетически модифицированных мышей.

Теперь же использование CRISPR позволит создавать в организме мышей большое количество опухолей с определенными генетическими сигнатурами и следить за их ростом индивидуально и с высокой точностью. 

Еще одну разработку, которая также может ускорить коммерциализацию CRISPR, продемонстрировали ученые Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Они предложили объединить CRISPR с аденовирусом для создания технологии точной замены дефектного гена здоровым при наследственных генетических заболеваниях. 

Как правило, изменения, которые вносит CRISPR (без использования вируса), недолговечны и в условиях эксперимента продолжаются четыре-шесть недель. Но использование аденовируса продлило действие изменений до шести месяцев. В эксперименте ученые показали долгосрочную экспрессию гена, который лечит дефицит альфа-1-антитрипсина — наиболее распространенную форму унаследованной эмфиземы. Теперь планируется опробовать метод для корректировки генов, ответственных за гемофилию. 

О перспективах революционной технологии мы решили поговорить с Евгением Кузнецовым, главой представительства Singularity University (США), членом Экспертного совета при правительстве РФ.

— Евгений, какие последние результаты в сфере использования CRISPR вы считаете наиболее впечатляющими и имеющими далеко идущие последствия?

— Исследования сейчас идут широким фронтом по всему миру. Для меня наиболее впечатляющим представляется то, что в США технология CRISPR одобрена к применению на людях. И это тем более важно, что она уже применяется для коррекции не только геномов эмбрионов на ранней стадии, но и для взрослых организмов. Это, конечно, открывает широкие перспективы для ее применения не только с целью исправления, скажем так, генетических ошибок, но и для развития новых генетических возможностей человека. 

— Какие этические проблемы возникают при использовании этой технологии? Кто и как справляется с этическими вызовами?

— Блок проблем делится на две крупные группы. Во-первых, сейчас не до конца понятно, даст ли точечное применение CRISPR комплексные позитивные изменения или может привести к негативным для организма последствиям. То есть не станут ли точечные изменения прологом для глубоких системных сдвигов. Я имею в виду не только возможное развитие сбоев на клеточном уровне, каких-нибудь онкологических проблем. Но и в целом не очень понятно, как связаны генетические, эпигенетические механизмы, к каким последствиям это может привести. Это не совсем этическая, но близкая область. 

А к чисто этическим проблемам относится то обстоятельство, что CRISPR позволяет в принципе вести направленную эволюцию человека. И эта направленная эволюция уже позволяет придавать практически любые возможности новому человеку как биологическому существу. Распределение этих возможностей очень неравномерно и социально, и географически. То есть эти возможности получают не все, а только избранные. Это дорого, и это делают далеко не везде в мире. Соответственно, сама по себе возможность направленной эволюции человека для узкого круга лиц — это очень серьезный вопрос, к которому человечество пока не готово. С одной стороны, ничто не препятствует делать это, с другой — мы не можем предсказать, где мы окажемся через пару десятилетий, в каком человечестве. Тем более что такого рода изменения могут производиться не только у эмбрионов, но в ряде важных параметров частично и у взрослых. 

— А что можно сказать о применении CRISPR в военной области?

— Прежде всего речь идет об увеличении физических, когнитивных и сенсорных возможностей человека. Уже поставлены успешные эксперименты по получению биологических существ с кратным увеличением мышечной массы и мышечной силы, с существенным увеличением силы зрения в дневной и ночной период. Со значительным увеличением когнитивных способностей и многих других возможностей, которые нужны именно для военного применения. Собственно говоря, именно риски военного применения и побудили к попыткам этического контроля над деятельностью лабораторий в области CRISPR. Это когда китайские ученые сломали генные блокаторы миостатина и получили животных с большей мышечной массой, нежели им положено от природы. Причем уже ведутся эксперименты и все ждут результатов попытки слома гена миостатина у взрослых людей.

— Кто и как справляется с этическими вызовами?

— На данный момент этические вызовы — это скорее внутренние нормы и форматы деятельности медицинского исследовательского сообщества. То есть какие-то государственные структуры в это не вмешиваются. Но насколько долго этой внутренней этики медицинского сообщества будет достаточно, никто не знает. Запрета, сравнимого по мощности с запретом на клонирование, сейчас не существует. Хотя, с другой стороны, само по себе применение на людях неодобренных методов лечения заблокировано. Существует не запрет на применение методов CRISPR, а одобрение применения этих методов. Для развитых стран этот барьер очень высокий. А, например, для Китая очень низкий. 

— Какие российские коллективы преуспели в работе с этой технологией? 

— Внимание к технологии CRISPR настолько мало со стороны всех ключевых программ поддержки, что в России этим занимаются единичные лаборатории. И, по-моему, единственным достаточно заметным исследованием по CRISPR было участие российских ученых из Казанского университета в международной группе по коррекции генома лошади. Это, мне кажется, единственный случай, когда российские ученые отметились в высокоимпактной публикации по CRISPR.

— Есть ли у нас шансы? Ведь недавно опубликовали план развития биотехнологий и генной инженерии на ближайшие два года. В России планируется создать центры компетенций в области генетического редактирования.

— Пока только объявили об этом. Я слышал про центры компетенций, но это все пока слова. Если все же технологией наконец займутся всерьез, то катастрофы никакой нет, потому что метод довольно прост и дешев. Просто нужно много пробовать. 

Основной эффект прорыва создается не от того, что есть несколько великих ученых в супердорогих лабораториях в мире, как в других науках. А от того, что есть сотни, а кое-где даже тысячи лабораторий, в которых исследователи с достаточно средними квалификациями просто пробуют разные методы и пробуют добиться разных результатов. То есть здесь нужно просто создавать не один центр компетенции. Лаборатории по CRISPR/Cas9 должны быть в каждой биологической лаборатории каждого университета и исследовательского центра, занимающегося геномикой и медициной. По-хорошему, в России их должно появиться несколько сотен. Появится несколько сотен, вот тогда мы сможем сказать, что мы участники этой технологической революции.