Пиво без хмеля и сверхчеловек

Поставлены успешные эксперименты по получению биологических существ с кратным увеличением мышечной массы и мышечной силы, а также с существенным увеличением силы зрения в дневной и ночной период
Пиво без хмеля и сверхчеловек
Иллюстрация: Алексей Таранин

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.

magnifier.png Использование CRISPR позволит создавать большое количество опухолей с определенными генетическими сигнатурами в организме мышей и следить за их ростом индивидуально и с высокой точностью

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. 

magnifier.png Технология CRISPR применяется не только для коррекции геномов эмбрионов на ранней стадии, но и для коррекции взрослых организмов. Это открывает перспективы ее применения для развития новых генетических возможностей человека

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. 

КУЗ.png
Евгений Кузнецов, глава представительства Singularity University (США), член Экспертного совета при правительстве РФ

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. 

magnifier.png Именно риски военного применения побудили к попыткам этического контроля над деятельностью лабораторий в области CRISPR

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 ничтожно 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. 

magnifier.png 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

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, как в России любят — создать в единичном экземпляре и отчитаться, что у нас теперь это тоже есть. 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. А пока их будет меньше десяти, можно сказать, что Россия пропустила полностью целое революционное направление развития.


Темы: Инновации

Еще по теме
Минобороны России разместило на своей странице «ВКонтакте» видеозапись учебного пуска новой гиперзвуковой ракеты «Кинжал...
Стив Джобс не изобретал новые технологии, но доводил до совершенства то, что есть, «подогревая» запуск каждого нового продукта...