Зачем воскрешать мамонта: отрывок из книги о синтетической биологии

Джордж Чёрч родился в 1954 году на авиабазе Макдилл во Флориде. Еще мальчишкой будущий выдающийся генетик играл с медицинскими принадлежностями врача-отчима и задавал много неудобных вопросов о жизни в католической школе.

Позже Чёрч увлекся вычислительной техникой, биологией и математикой — науками, на стыке которых и существует синтетическая биология. Уже к 20 годам на счету генетика был ряд серьезных научных публикаций: однажды, будучи студентом, он даже присутствовал на лекции в Гарварде, которая была посвящена одной из его работ. К началу 2000-х Чёрч вместе с единомышленниками опубликовал сотни трудов, многие из которых легли в основу синтетической биологии, а в 2012 году и вовсе помог создать технологию CRISPR, которая позволяет редактировать цепочки ДНК (разработка была удостоена Нобелевской премии по химии в 2020 году). 

Однако среди всех работ Джорджа Чёрча особенно выделяется один будоражащий воображение проект. Как Виктор Франкенштейн из одноименного романа, генетик решил преобразовать мертвую материю в живую и воскресить мамонта. Но на этом амбиции Чёрча не заканчиваются: генетик надеется, что в будущем у него появится шанс поэкспериментировать с ДНК неандертальцев в том же ключе. ТАСС публикует фрагмент из книги "Машина творения: Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры", в котором рассказывается удивительная история дерзкого проекта Джорджа Чёрча.

Вы, вероятно, уже поняли, что Чёрч блестящий, экстраординарный мыслитель и вдохновляющий наставник, возможно склонный браться одновременно за слишком большое для одного человека количество проектов. Иными словами, именно ему было бы по плечу создать технологию воскрешения вымерших животных, в частности шерстистого мамонта, исчезнувшего в эпоху плейстоцена — около 4000 лет назад.

А до того шерстистые мамонты тысячелетиями бродили по самым северным районам планеты. Представьте себе близкого родственника слона, только покрытого жесткой шерстью и слоями жира, защищающими этих животных от холода в последний ледниковый период, с длинными бивнями, которые помогали им добывать пищу. (По их подобию конструировались вымышленные существа банты из фильма "Звездные войны".) Точные причины исчезновения мамонтов неизвестны, однако исследователи видят их в сочетании таких факторов, как охота и первые температурные изменения, вызвавшие сокращение численности стад и уменьшение кормовых ресурсов.

Шерстистые мамонты были не только удивительными существами, но и ключевым биологическим видом, от которого зависело существование других видов и сохранение текущего порядка в экосистеме. Они вытаптывали землю, валили деревья и утрамбовывали снег в поисках сухой травы. Это непрерывное топтание в сочетании с низкими температурами помогало поддерживать стабильность многолетнемерзлых пород. Как только крупные травоядные, такие как мамонты, прекратили уплотнять снег и поедать высохшую траву, экосистема начала меняться: снег таял быстрее, что позволяло солнечным лучам добраться до вечномерзлого грунта. Раньше крупные животные заваливали и ломали деревья, закрывая ими снег. Без поваленных деревьев солнечные лучи падают прямо на слой вечной мерзлоты, который теперь тает с угрожающей скоростью, выпуская в атмосферу парниковые газы. Это создает порочный круг: повышение температуры усиливает таяние, при котором выбрасывается еще больше газов. Воскрешение шерстистого мамонта из мертвых и возрождение дикой природы в Канаде и России могло бы восстановить экосистему и, скажем прямо, обеспечить новую, суперсовременную защиту от экзистенциальных угроз, связанных с изменением климата.

Чёрч был не первым, кто замахнулся на решение проблемы вымирания. В 1996 г. появилась на свет овечка Долли, первое в мире клонированное млекопитающее. Она дала надежду на возрождение вымерших животных с помощью техники, получившей название "перенос ядра": ядро интактной клетки аккуратно извлекают и внедряют в яйцеклетку представителя того же или близкородственного биологического вида. Дальнейшая процедура аналогична ЭКО: гибридную яйцеклетку имплантируют в матку для вынашивания плода, который, если все идет хорошо, рождается живым и здоровым. В 2000 г. умер последний пиренейский козерог, представлявший один из подвидов дикого горного козла. Однако клетки этой последней особи заморозили в жидком азоте, а в 2003 г. посредством переноса ядра ученые успешно клонировали детеныша, хотя прожил он недолго — всего несколько минут. С помощью этого метода можно временно вернуть к жизни вымерший вид, но лишь при наличии абсолютно интактных функциональных геномов, например если туша исключительно хорошо сохранилась в замороженном виде. Как оказалось, в Заполярье есть множество отличных образцов. Но и в этом случае клон может не выжить. У животных, исчезнувших с лица земли тысячелетия назад, скорее всего не будет генома, адаптированного к современным условиям окружающей среды.

Именно это подтолкнуло Чёрча к разработке иного подхода: начинать с совершенно интактной, здоровой клетки близкого биологического вида и работать в обратном направлении, используя генетические фрагменты из сохранившихся образцов. Один из примеров тому странствующий голубь — вид, которого с 1914 г. больше нет на планете, хотя когда-то этих птиц было в Америке столько, что их стаи, пролетая по небу, закрывали солнце. Странствующего голубя можно вернуть с помощью стволовых клеток его ныне живущего близкого родственника — сизого голубя. Это означает, что ген странствующего голубя можно внедрить в стволовые клетки, трансформировать в спермии, а затем ввести в яйцеклетки для развития эмбрионов. Результат: обычный голубь с рядом признаков странствующего голубя.

К этим идеям проявили живой интерес легенда мира технологий, создатель сборника статей "Каталог всей Земли" (Whole Earth Catalog) и первого онлайн-сервиса WELL Стюарт Бранд и специалист в области биотехнологий Райан Фелан (по совместительству жена Бранда). Бранд, Райан и Чёрч запустили проект по возрождению ключевых видов вымерших животных, в том числе странствующего голубя и шерстистого мамонта. Или, точнее, почти шерстистого мамонта, поскольку для его возрождения необходимо встроить гены животного вымершего вида в стволовые клетки современного индийского слона, его ближайшего родственника.

Идея возрождения вымерших видов получила распространение в 2013 г. во время специальной конференции TEDxDeExtinction, собравшей специалистов в области молекулярной биологии и охраны природы, а также журналистов для обсуждения перспектив возвращения к жизни шерстистых мамонтов, тасманийских волков и других животных. Бранд выступил с провокационной лекцией об утрате биоразнообразия и перспективах реанимирования вымерших животных по технологии Чёрча. Бранд использовал конференцию на платформе TED для старта проекта "Возрождение и восстановление" (Revive and Restore), который изучает причины вымирания и нацелен на сохранение биологического и генетического разнообразия и восстановления наших экосистем с помощью биотехнологий.

Та лекция Бранда на платформе TED пользовалась бешеной популярностью. И вызвала возмущение среди ученых, борцов за охрану природы и других людей, которых напугала перспектива возвращения к жизни давно исчезнувших существ. Речь шла не о клонировании, а о копировании чего-то, что когда-то было живым. Это в некоторой степени размывало четкую дихотомию между ныне живущими видами и вымершими. Кроме того, Чёрч дал понять, что его интересуют не только мамонты и голуби. Он также планировал поэкспериментировать с ДНК неандертальцев — не для того, чтобы реанимировать другой вид, а для того, чтобы усовершенствовать наш собственный.

Возможно, вы, как и ученые в прежние времена, считаете неандертальцев примитивными недолюдьми, более грубыми и звероподобными версиями нас самих. Однако недавние исследования показали, что неандертальцы были высокоинтеллектуальными существами. Они создали хорошо организованную цивилизацию и как биологический вид достигли весьма значительных успехов, просуществовав 250 000 лет. (Считается, что возраст древнейших Homo sapiens составляет 300 000 лет.) Тела неандертальцев эффективно сохраняли тепло, что позволяло им выживать в неблагоприятных условиях. Они обладали не только невероятной физической силой (в этом расхожее мнение верно), но и прекрасно развитой мелкой моторикой. Создание нового неандертальца путем скрещивания Homo sapiens и Homo neanderthalensis могло бы привести к появлению людей более выносливого вида, способных лучше противостоять современным вызовам, связанным с изменением климата, погодными катаклизмами и миграцией в места, где условия окружающей среды резко отличаются от привычных.

Несколько геномов неандертальцев были секвенированы с использованием ДНК ископаемых останков, обнаруженных в Европе и Азии. Анализ и синтез генома по мелким фрагментам позволил бы ученым собрать правильную последовательность в стволовой клетке человека, что в теории может привести к созданию клона неандертальца. Вот как это объясняет сам Чёрч:

Начинать следует с генома стволовых клеток взрослого человека и шаг за шагом, применяя обратную генную инженерию, трансформировать его в геном неандертальца или достаточно близкий аналог. Эти стволовые клетки способны производить ткани и органы. Если общество свыкнется с мыслью о клонировании и увидит ценность в истинном человеческом разнообразии, то можно клонировать полную неандертальскую особь.

Разумеется, будут и трудности. Так, в привычном рационе жителей западных стран много молочного и мучного, а также продуктов питания, подвергнутых глубокой переработке. Блюдо "Начо чиз доритос тaкo" из ресторана Taco Bell (если кто-то не в курсе, что это, представьте свернутую кукурузную лепешку, нафаршированную смесью дешевого мяса с острыми приправами и залитую сыром чеддер для склеивания) тяжело переварить даже самому закаленному желудку. Несмотря на всю выносливость неандертальцев, пара таких порций сразила бы наповал их самих и враз доконала бы их доисторические желудочно-кишечные тракты.

Но, возможно, нам стоило бы позаимствовать несколько неандертальских генов, чтобы слегка подправить собственную биологию. У неандертальцев не было целиакии — аллергии на глютен, которой подвержены некоторые из наших современников. Их иммунная система реагировала иначе, чем наша. Это могло бы помочь ученым понять, как бороться с аутоиммунными заболеваниями, такими как ревматоидный артрит, рассеянный склероз и болезнь Крона. Кости у неандертальцев были чрезвычайно крепкими, и мы могли бы позаимствовать у них гены, отвечающие за плотность костей, чтобы избавиться от остеопороза, которым страдают сотни миллионов женщин.

***

Если смешение неандертальских генов с нашими и имплантирование их в суррогатную мать напоминают вам фильм ужасов или мрачный научно-фантастический роман, то вы недалеки от истины. Вмешательство людей в великий Промысел Божий чаще всего приводит к катастрофе: вспомним "Остров доктора Моро" (The Island of Dr. Moreau, 1896) Герберта Уэллса, "О дивный новый мир" (Brave New World, 1931) Олдоса Хаксли, "Дюну" (Dune, 1965) Фрэнка Герберта, "Левую руку тьмы" (The Left Hand of Darkness, 1969) Урсулы Ле Гуин, "Испанских нищих" (Beggars in Spain, 1991) Нэнси Кресс, "Измененный углерод" (Altered Carbon, 2002) Ричарда Моргана... Эта мысль красной нитью проходит в "Звездном пути" и марвеловской серии фильмов "Люди Икс", где злодей Магнето вынашивает план заставить Homo sapiens поклоняться Home superior.

Как показывает история, ни науке, ни обществу не нравится, когда люди изображают из себя богов или пытаются решать проблемы, возомнив себя богами. Мэри Шелли сочинила историю о монстре — заметьте, не настоящем, — которая настолько подрывала сложившиеся представления, что автор боялась за своих детей: правительство могло их отобрать, узнав, что это она написала скандальное произведение. После успешного клонирования овечки Долли по всему миру собирали экстренные совещания и пресс-конференции. Практически никто не понял, что смысл проекта заключался в углублении наших знаний о том, как меняются клетки в процессе развития. Между тем реакция оказалась стремительной и крайне негативной. Доктор Рональд Мансон, специалист по медицинской этике из Сент-Луисского университета (штат Миссури), в интервью газете The New York Times заявил, что "джинна выпустили из бутылки". "И что дальше? — вопрошал он. — Клонируют Иисуса, взяв с креста каплю крови?" Профессор Джордж Аннас, заведующий кафедрой медицинского права в Школе общественного здравоохранения Бостонского университета, наставлял сообщество биологов и генетиков: "Правильная реакция — это ужас и отвращение, — сказал он, утверждая, что следующим логическим шагом станет полномасштабное клонирование человека. — У родителей нет права брать у ребенка клетки для создания его копии. Принципиальный протест общественности против клонирования человека верен". Церковь Шотландии направила официальное обращение в ООН с призывом наложить запрет на клонирование. Цитируя Послание Иеремии 1:4‒5 в Ветхом Завете, церковь настаивала, что человечество не может заменить Бога: "И было ко мне слово Господне: "Прежде чем Я образовал тебя во чреве, Я уже знал тебя, прежде чем ты вышел из утробы, Я избрал тебя". Тогдашний президент Билл Клинтон провел пресс-конференцию, показанную по телевидению, на которой объявил о новом запрете на выделение федеральных средств на любые исследовательские проекты, связанные с клонированием человека.

Опрос CNN/Time, опубликованный 1 марта 1997 г., показал, что у большинства американцев сложилось определенное мнение относительно переноса ядра — одной из форм клонирования, хотя довольно сложно представить, чтобы до появления Долли они вообще задумывались о клонировании или об этой технологии. Треть респондентов заявили, что их настолько тревожит само существование Долли, что они присоединились бы к общественным демонстрациям и протестам. Между тем за почти четверть века, прошедшие после появления Долли, мы приобрели ценные знания, новые биотехнологии и более глубокое понимание того, как устроена жизнь. И дьявольские овцы вроде бы пока не заполонили планету. Благодаря Долли ученые научились клонировать стволовые клетки взрослого организма, что привело к созданию искусственных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), которые можно использовать в медицинских исследованиях. Это снизило потребность в эмбрионах, которая уже давно вызывает у многих озабоченность этического порядка. Исследователи изучили процесс старения: впервые удалось перепрограммировать клетки взрослого организма и заставить их работать так, будто они вновь принадлежат молодому организму. Это открыло путь к разнообразным новым методам лечения людей, основанным на стволовых клетках: если лекарство получено из собственного генетического кода, то не случится его отторжения вследствие изменения иммунной системы. Ныне существует несколько видов восстановительной терапии для лечения заболеваний крови (таких, как лейкемия, лимфома, плазмоцитома) и других дегенеративных состояний, например сердечной недостаточности.

Наши взгляды и представления меняются медленно, и это неудивительно: на наше мышление влияют накопленные за много веков труды ученых и глубоко укоренившиеся общественные ценности. Прорывные научные открытия, как правило, случаются неожиданно, поэтому мы зачастую испытываем шок, растерянность и даже тревогу, когда слышим новости, разрушающие наши привычные модели мышления. Иногда такое случается и в самом академическом сообществе. Взгляды Чёрча на возрождение вымерших биологических видов получали все более широкое распространение, и в 2013 г. редакционный совет журнала Scientific American выступил с резкой отповедью. Основной упор в ней делался на том, что деньги, потраченные на данную экспериментальную технологию, лучше было бы направить на традиционные природоохранные мероприятия. В ответ Чёрч написал собственную статью в Scientific American, в которой со свойственной ему невозмутимостью объяснил, что возвращение к жизни и его проект не преследуют цель создавать "идеальные живые копии вымерших организмов или показывать фокусы в лабораториях или зоопарках". Смысл в том, писал он, чтобы понять, как нам адаптировать существующие экосистемы к вызванным деятельностью человека изменениям окружающей среды, чтобы обеспечить собственное выживание.

В декабре 2020 г. Чёрч с группой исследователей из Гарварда продвигался к своей грандиозной цели. Хотя геном индийского слона примерно на 99,96% аналогичен геному шерстистого мамонта, оставшиеся 0,04% составляют 1,4 млн различий в ДНК. Большая их часть не играет существенной роли, однако на момент написания этой книги команда Чёрча выявила 1642 значимых гена и работа продолжается: ученые старательно, поштучно, моделируют, испытывают и корректируют выращенные в лаборатории клетки, чтобы создать правильную генетическую последовательность для выживания мамонтоподобного индийского слона. Их цель — получить основу в виде обычного слона, у которого при этом должна быть густая шерсть мамонта и такой же, как у мамонта, гемоглобин, уникальным образом адаптированный к холодам. Как и мамонт, слон должен иметь жировые прослойки и обладать другими существенными отличиями; например, его клеточные мембраны должны пропускать ионы натрия, что позволит лучше приспособиться к суровым зимним условиям. Правильно подобрав комбинации характеристик, ученые смогут приступить к внедрению этих генов в стволовые клетки и в итоге получить живых "почти" мамонтов.

В случае их успешного воссоздания шерстистые мамонты XXI столетия будут жить в месте, подобном описанному Майклом Крайтоном парку, только названном в честь плейстоценового, а не юрского, периода. Существует реальный Плейстоценовый парк — это заказник в Сибири, в котором проведено экспериментальное восстановление дикой природы и заселение якутскими лошадьми, лосями, зубрами, яками и другими местными видами после многих лет индустриализации, приведшей к резкому сокращению популяций этих животных. Модифицированные мамонты могли бы наглядно показать, действительно ли звери-тяжеловесы, утаптывающие снег и вечномерзлые породы, помогут с решением наших климатических проблем.

Может показаться, что возвращение к жизни и восстановление диких особей этих зверей приведет к тому, что человек еще решительней, чем когда-либо прежде, будет мнить себя Творцом. В действительности же роль Творца мы играем на протяжении тысячелетий. Реальная проблема заключается в том, что мы из рук вон плохо справляемся с этой ролью.