Как свинья стала донором органов для человека. Отрывок из книги о биотехнологиях «От пробирки до кастрюли...»
В издательстве «Альпина Паблишер» вышла книга — «От пробирки до кастрюли: Как учёные разрабатывают продукты, которые мы едим каждый день».
Мало кто об этом задумывается, но биотехнологии вошли в нашу жизнь более десяти тысяч лет назад — тогда грибки и бактерии начали помогать людям делать хлеб и сыр. Сегодня мы уже не можем представить жизнь без этих и многих других подобных продуктов. Кандидат химических наук, пищевой технолог, специалист в области качества пищевой продукции Анастасия Волчок в своей книге рассказывает, как биотехнологии в XXI веке помогают учёным создавать молоко и мясо, овощи и фрукты, разнообразные консервы, соевые и безлактозные продукты, биодобавки и многое другое.
Автор поясняет, какие методы используют биологи, как происходит процесс выращивания растений и животных, как из одного вида можно получить другой и зачем вообще это нужно. Также она объясняет, почему не стоит бояться генномодифицированных продуктов (ГМО), как генная инженерия будет развиваться в будущем, и размышляет, какие новые продукты могут появиться на нашем столе в самое ближайшее время.
С разрешения издательства «Рамблер» публикует отрывок из книги о том, как учёные выводят новые виды сельскохозяйственных животных. А также о первой свинье, органы которой можно пересаживать человеку.
Большое значение в животноводстве придаётся и селекции — получению новых пород. Сельскохозяйственные животные очень отличаются от своих диких предков, почти так же, как такса или пудель отличаются от волка. Всё потому, что люди, одомашнив несколько наиболее подходящих для этого видов, веками отбирали тех их представителей, которые им больше нравились: давали больше молока, были толще, несли больше яиц.
Так, лесной кабан, против которого не каждый охотник осмелится выйти с ружьём, превратился в огромную свиноматку, такую крупную, что она почти не может ходить, зато, если её зарезать, можно получить 300 кг мяса.
Самые передовые технологии очень быстро внедряются в работу селекционеров-животноводов. Сегодня разведение домашнего скота выглядит совсем не так, как ещё 50 лет назад. Если раньше фермерам, чтобы получить новую породу, нужно было годами оценивать животных, из множества показателей высчитывать индекс их перспективности и выбирать наиболее привлекательное, по мнению селекционеров, потомство, то теперь всё изменилось.
На современных животноводческих предприятиях внешние признаки и характеристики подопытных перестали быть единственным ориентиром, на их место пришёл геномный подход. Суть геномной селекции, или геномного отбора, в животноводстве — поиск нуклеотидных последовательностей, наличие которых предполагает те или иные полезные признаки: мягкое мраморное мясо, короткую или, наоборот, длинную шерсть, сопротивляемость болезням, отсутствие рогов и т. д.
Учёные сперва выявляют, какие участки генома за что отвечают, а потом анализируют ДНК животных, ищут у них эти участки (ДНК-маркеры) и проводят отбор уже по ним, что сильно ускоряет дело. Выявить их, однако, бывает не так просто. Некоторые характеристики у животных контролируются не одним, а сразу многими генами, то есть за один признак — увеличенный удой или более жирное молоко — могут отвечать сразу несколько ДНК-маркеров.
Здесь на помощь биологам приходит новое оборудование. Оно позволяет типировать геном животных по десяткам тысяч маркеров и делает это очень быстро. Самое важное в геномной селекции — иметь большую базу генетических данных референтной популяции животных. Она нужна для оценки показателей молодых особей и предсказания их племенной ценности. Чем больше база, тем точнее результат.
При этом референтная популяция должна быть генетически схожа с исследуемыми животными, иначе анализ будет нерелевантным: нельзя сравнивать двух коров с совершенно разными генотипами и выбирать, какая из них лучше. Поэтому в каждой стране селекционеры формируют собственные банки генетической информации, на которые могли бы опираться при выведении локальных пород.
В России такие базы пока не очень обширны (около 50 000 генотипов), но они есть и будут расти. Значит, и качество предсказаний отечественных систем геномной селекции станет улучшаться. Конечно, при условии развития навыков конструирования селекционных индексов, то есть критериев, характеризующих животных в каждой конкретной популяции.
Между тем передний край науки уже не сконцентрирован на одной ДНК. Биологам её уже недостаточно: они оценивают, какие мРНК образуются в клетках животных (то есть какие гены считываются и насколько интенсивно это происходит), какие затем синтезируются белки и накапливаются метаболиты.
Вероятно, в скором будущем в самых технологичных хозяйствах корова или свинья, чтобы продолжить свой род и стать эталоном породы, должна будет не просто иметь в ДНК какую-то определённую последовательность нуклеотидов, а соответствовать установленному в лаборатории молекулярному профилю. Этакий мультипаспорт для вашего стейка.
А что же с редактированием генов? В животноводстве оно используется пока крайне редко, скорее как исключение из правил. Все потому, что у общества слишком много вопросов к генетически измененным животным, касающихся и их безопасности, и этической подоплёки процесса.
В 2020 году много разговоров вызвало выданное FDA одобрение на употребление в пищу генетически измененной свиньи. Свинья эта, однако, изначально создавалась вообще не для того, чтобы её ели. Дело было так.
У американской компании Revivicor (сейчас принадлежит United Therapeutics), преемницы команды, которая в 1997 году клонировала овечку Долли, после удачных экспериментов со свиньями возникла идея разработать свинью, которая могла бы использоваться для ксенотрансплантации — пересадки органов от животного к человеку. Решение смелое, но важное: сейчас из-за недостатка пересадочных материалов люди иногда вынуждены годами стоять в очереди на операцию.
Геном такой свиньи, разумеется, нужно было редактировать: у людей из-за иммунного ответа плохо приживаются органы даже от обычных доноров, а тут органы, взятые у другого вида. Чтобы свиные почки или сердце приживались и работали, в ДНК свиньи требовалось внести ряд изменений: заставить замолчать несколько свиных генов, на которые ответ иммунитета особенно силен, а ещё — добавить гены человека, отвечающие за торможение иммунных реакций. Так была получена «десятигенная свинья».
Всего у животного было отключено четыре свиных гена и привнесено шесть человеческих. Имея в своих клетках гены человека, свинья у Revivicor вышла в какой-то степени гуманизированная — очеловеченная. Подобное животное даже как-то странно предлагать зарезать на обед. И тем не менее такое разрешение от FDA было очень нужно компании. Если управление одобрит свинью как безопасную для использования в питании, шансы на проведение экспериментальных трансплантаций с живыми пациентами, нуждающимися в пересадке, сильно возрастут.
До этого в Revivicor вынуждены были ходить кругами. Свинья у них имелась, они даже пересаживали её сердце павиану, но одобрения для работы с живыми людьми у компании не было. Ситуация переломилась случайно, когда сотрудники Revivicor наткнулись на сообщения в СМИ о случаях так называемой аллергии на мясо. А распространились они после того, как женщина по имени Эми Перл рассказала в студии подкаста Radiolab, что у неё, ярой поклонницы стейков, неожиданно развилась аллергическая реакция на мясные продукты.
Через некоторое время после приёма пищи у женщины появлялись одышка и сыпь, она могла потерять сознание и в конце концов однажды попала в больницу. Там Эми узнала, что в её крови обнаружены антитела к галактоза-альфа-1,3-галактозе (α-Gal) — молекуле, которая присутствует на поверхности клеток почти всех млекопитающих, кроме обезьян и человека. Врачи объяснили ей, что обычно α-Gal расщепляется в процессе переваривания и не вызывает никаких проблем, а виновник её аллергии — укусивший её клещ «одинокая звезда» (The Lone Star Tick, вид Amblyomma americanum), в слюне которого есть этот антиген.
Попадая из слюны членистоногого прямо в кровь, α-Gal вызывает немедленную реакцию иммунитета. Организм запоминает молекулу как врага и потом находит её даже в желудке. Так крошечные клещи заражают людей вегетарианством. Укушенные просто не могут больше есть мясо и переходят на растительную диету. Раньше случаи укусов были редки и об этом феномене практически никто не знал. Но с потеплением климата клещи начали лучше переносить зиму, аллергия на стейки стала встречаться чаще, и о ней заговорили.
По счастливому для Revivicor совпадению в их ГМ-свинках ген α-Gal был отключен, а значит, десятигенную свинью можно есть всем — она не будет вызывать аллергических реакций. Одобрение на свиней GalSafe было получено в 2020 году, и компания смогла сделать ещё один большой шаг вперёд.
В январе 2022 года провели операцию по пересадке свиных почек байкеру, мозг которого погиб в результате дорожной аварии (этот опыт вошёл в историю как модель Джима Парсонса — по имени пациента), чуть позже в Мэриленде живому человеку пересадили от свиньи GalSafe сердце, а в 2023 году — тимус (вилочковая железа, в которой созревают иммунные Т-клетки).
В пищу мясо ГМ-свиней от Revivicor всё ещё не употребляют, хотя бы потому, что их очень мало: компания держит животных только для экспериментов. Но если её технология ксенотрансплантации выстрелит, десятигенных свиней начнут разводить тысячами, а после изъятия органов их мясо нужно будет куда-то девать. Так почему бы не реализовывать его через магазины?
«Странные явления» и хитрые демоны: кто такие ёкаи в японской демонологии