Взломать Дарвина: генная инженерия и будущее человечества: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Информационная революция предоставила нам практически неограниченный доступ к информации и друг к другу, а тысячи образованных людей, объединенных в общую сеть и работающих сообща над решением одной и той же серии проблем, оказываются в 1000 раз более изобретательными, чем мы все вместе, но работающие по отдельности. Кроме того, сеть людей, дополненная возможностями ИИ, может стать в разы прогрессивнее, чем 1000 людей, работающих вместе. По мере роста мощности ИИ растет и потенциальная сложность сверхинтеллекта, который по силе своей не просто превзойдет всех людей вместе взятых, но и подарит нам новые возможности, чтобы преобразовать наш вид и мир вокруг. Со временем все сложное станет легким, а все то, что для современных инструментов и возможностей кажется недостижимым, – простым.

Сегодняшние мы как вид проходим путь от создания технологической основы для генной инженерии человека к поиску нужных решений и представления о границах возможного в будущем. Затем все это поможет нам сделать иллюзорное будущее реальным. Даже легенды прошлого странным образом становятся новой реальностью. Идеальный тому пример – один из древнейших мифов о слиянии человека с животными.

Слово химера происходит от греческого слова коза. В греческой мифологии химеру представляли гибридом разных животных – как правило, льва с головой козла и иногда с хвостом дракона. В «Илиаде» Гомер писал: «Лютую, коей порода была от богов, не от смертных: / Лев головою, задом дракон и коза серединой»[198][199]. В Инферно Данте Герион является средневековой версией Химеры: «чудовище с хвостом остроконечным… имея / Приятный лик, напоминало змея»[200][201]. Похожее существо встречается во многих древних культурах. Китайский Цилинь, мифическое существо с шеей жирафа, рогами оленя и рыбьей чешуей, якобы предзнаменует рождение и смерть важных правителей. Индийского Ганеша, сына богов Шивы и Парвати, изображают с телом человека и головой слона.

Совсем недавно химерой стали называть любое существо, состоящее из частей нескольких растений или животных. Эта концепция перешла из мифов в нашу реальность.

Около 100 лет назад впервые для лечения диабета использовали инсулин, полученный от коров. Инсулин, извлеченный из организма собак, свиней и коров, позволял людям жить с диабетом и десятилетиями спасал миллионы жизней. Затем человек смог генетически модифицировать бактерии E. coli и наладить с их помощью масштабное производство «человеческого» инсулина.

Более трех десятилетий назад врачи придумали использовать аортальные клапаны свиней и коров для восстановления сердца человека. Хотя для евреев, мусульман и индуистов это спорная процедура[202], использование аортальных клапанов, очищенных от клеток животных, стало основой сердечно-сосудистой трансплантационной хирургии даже среди этих наций. Польза от подобных вмешательств превышает риски.

Ученые добились большего успеха в трансплантации сердечных клапанов животных, но не целых органов. В 1984 году калифорнийский хирург Леонард Бейли с командой провел знаменитую операцию – трансплантацию сердца павиана Бэби Фэй, ребенку, рожденному с редким врожденным пороком – синдромом гипоплазии левых отделов сердца. Хотя с тех пор прошло несколько таких операций, все эти попытки пересадки органов от животного к человеку не увенчались успехом, поскольку такие органы отторгала иммунная система человека.

Несмотря на то что Бэби Фэй умерла меньше чем через месяц после операции, эта методика открыла двери для развития более безопасной трансплантологии от человека к человеку, которая спасла сотни тысяч жизней. Тем не менее эти трансплантации сопряжены с двумя серьезными трудностями. Во-первых, человеческое тело настроено на отторжение чужеродной ДНК. Поэтому после пересадки органов таким людям приходится всю жизнь принимать иммунодепрессанты, а это повышает риск других заболеваний. Во-вторых, США и другие страны страдают от катастрофической нехватки донорских органов.

По состоянию на август 2017 года в листе ожидания на пересадку органов в США находилось 114 000 человек. По 20 человек, ожидающих своей очереди, умирают ежедневно. Теоретически этот нескончаемый и смертельно опасный дефицит органов можно было бы исправить простым изменением в политике страхования[203]. Один донор может пожертвовать до восьми органов. Получается, что потенциально один человек может спасти до восьми жизней. Но этого не происходит. В США донорство органов поддерживают 95 % людей, но лишь 54 % из них являются зарегистрированными донорами[204]. И еще меньший процент действительно становится донором. В основном это происходит из-за несогласия членов семьи в эмоционально трудный момент, когда требуется принять волевое решение.

Перспективы привлечения большего количества людей к донорству в США и других странах весьма туманны. Поэтому ученые пытаются понять, как с помощью новых технологий (таких, как CRISPR-Cas9) повысить безопасность пересадки органов от животных к человеку.

Важнейшим источником органов среди всех одомашненных животных являются свиньи. Это объясняется тем, что мы научились массово разводить свиней, а их органы по своей форме и функциям схожи с нашими. Но изъятие органов у свиней связано как минимум с двумя серьезными проблемами. Первая из них – сильнейший иммунный ответ со стороны организма человека. Но за последние годы он стал более управляемым благодаря постоянному совершенствованию новых иммунодепрессантов и потенциальному редактированию свиных генов, которые чаще всего отторгаются человеком[205]. Другой проблемой является риск заражения человека вирусами, поражающими свиней и других животных. Но и эта проблема постепенно становится решаемой.

Свиньи являются переносчиками активных вирусов, называемых эндогенными ретровирусами свиней, которые ученые не совсем удачно сократили до PERV. Эти вирусы могут быть чрезвычайно опасными и даже смертельными для людей – особенно для тех, чью иммунную систему подавляют лекарственные препараты. До недавнего времени при пересадке органов от свиньи к человеку PERV были главным сдерживающим фактором.

Не так давно группа гарвардских ученых стала применять CRISPR-Cas9, чтобы редактировать геном эмбрионов свиней сразу в нескольких участках, из-за чего поросята рождались с инактивированными PERV[206]. Скорее всего, в ближайшее время начнутся клинические испытания пересадки генно-модифицированных почек и поджелудочных желез свиней человеку, что позволит спасать тысячи человеческих жизней ежегодно.

Но зачем останавливаться на достигнутом? Если инсулин, полученный от генно-модифицированных бактерий и дрожжей, а не животных, стал большим шагом вперед, то почему бы вместо генно-измененных органов животных не перейти к пересадке целых органов, созданных из клеток человека? Что если человеческие органы для пересадки мы научимся выращивать внутри животных? Осуществить это весьма непросто. Но мы уже смогли сделать важный первый шаг к созданию химерных эмбрионов, которые получаются из клеток одного типа животного, выращенных внутри другого.

Ученые из института Солка в Сан-Диего продолжали вводить разные уровни стволовых клеток человека 1500 свиней до тех пор, пока наконец не нашли человеческую клетку, интегрированную в клетки свиньи. Другая команда ученых внедряла клетки поджелудочной железы мыши в эмбрионы крыс, благодаря чему внутри крыс вырастала поджелудочная железа мышей, которую затем пересаживали для лечения диабета. Вслед за этой работой в феврале 2018 года последовало заявление, что группа исследователей из Калифорнийского университета в Дэвисе создала эмбрионы овцы с 0,001 % человеческих клеток[207].

Точно так же теперь кажется вполне возможным взломать эмбрион овцы, чтобы отключить ее способность к выращиванию определенных органов и внедрить в них человеческие гены, снабдив инструкцией к созданию «человеческой» версии органа.

Выращивание человеческих органов внутри других видов не станет возможным уже завтра. Но как только у человека появится возможность вырастить орган с собственным генетическим материалом внутри животного, то люди, нуждающиеся в трансплантации органов из-за болезни или деструктивного действия старения, быстро преодолеют любую брезгливость. Помешать выращивать запасные органы в животных государствам будет крайне сложно.

Перспектива включения ДНК животных в геном человека – это то самое будущее, которое наука стремится воплотить в жизнь. Современных знаний уже хватает на то, чтобы без особо труда ввести в организм человека один флуоресцентный белок медузы, позволяющий человеку светиться в ультрафиолетовом излучении. А если, например, ученые выделят один-два гена, делающих голых землекопов совершенно невосприимчивыми к раку, то разве мы не захотим сплайсировать разновидности этого гена в организм человека с помощью CRISPR или новой технологии редактирования генов? Куда труднее будет снабдить человека целой генетической системой – по типу той, которая наделяет собак особым слухом, дарит удивительное зрение орлам или эхолокатор – дельфинам. Реализовать такое в ближайшем будущем у нас явно не получится. Но переход биологии в другую область генной инженерии человека со временем размоет границу между наукой и вымыслом.

Возможности генной инженерии действительно огромны, ведь все формы жизни существуют, подчиняясь одним и тем же генетическим компонентам, но по-разному проявляющимся. Когда-нибудь мы даже научимся создавать новые признаки и способности, используя для этого альтернативные сочетания все тех же генетических компонентов.

Стремительно развивающаяся синтетическая биология с помощью компьютеров и лабораторных реактивов пишет новый генетический код, о котором природа даже и думать не смела, и заставляет живых существ делать то, на что их никто не программировал. Ранние области применения включают попытки вырастить в лабораторных условиях мясо; вывести бактерии, питающиеся нефтью; создать дрожжи с ДНК паука, которые делали бы сверхлегкий шелк прочнее стали; или выделить бычий коллаген для производства кожи неживотного происхождения. Также синтетическую биологию используют для создания возобновляемых микробов (производство акрила для красок) и недорогих синтетических сахаров для биотоплива. Примерный список возможных применений почти бесконечен. Эта наука и связанная с ней отрасль активно развиваются по мере того, как растет доступность их инструментария.

Из легкодоступных генетических компонентов ученые создают новые формы жизни. Например, фонд International Genetically Engineered Machine (iGEM) предлагает бесплатную коллекцию последовательностей ДНК, кодирующих определенную биологическую функцию. Эти последовательности можно «сопоставлять и смешивать, чтобы создавать синтетические биологические устройства и системы»[208]. BioBricks Foundation, основанный исследователями из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института, бесплатно поставляет синтетические последовательности генов[209], делая процедуру заказа генетических последовательностей для исследователей такой же простой, как заказ стройматериалов в Home Depot. Легкость, доступность и гибкость этих инструментов открывают революционные возможности для синтетической биологии, когда с помощью инженерной биологии можно выращивать любые нужные товары, включая компьютерные микросхемы, бытовую технику и одежду.

Коммерческая выгода таких достижений огромна. По оценкам аналитиков, глобальный рынок синтетической биологии вырастет с 3 миллиардов долларов в 2013 году до 40 миллиардов долларов в первой четверти 2020-х годов с прогнозируемым среднегодовым темпом роста в 20 %. Не стоит удивляться, что Китай планирует стать самым быстрорастущим в мире рынком, производящим товары для синтетической биологии[210]. По словам ведущего биолога Ричарда Китни, синтетическая биология «обладает необходимым потенциалом для начала новой и крупной промышленной революции»[211].

По мере роста населения продолжается глобальное потепление, возникают новые и непредвиденные трудности. Поэтому методы точного редактирования генов жизненно необходимы для нашего выживания. Постоянно растущая зависимость от синтетической биологии в различных сферах жизни открывает путь к большему принятию синтетической биологии уже в нас самих. И этот процесс идет.

В 2010 году независимый ученый и предприниматель Крейг Вентер заявил, что вместе с коллегами смог синтезировать полный геном бактерии Mycoplasma mycoides и поместить его в пустую мембрану другой бактерии, создав при этом первую в мире синтетическую клетку[212]. Речь шла не просто о редактировании существующей клетки (например, чтобы заставить бактерии производить инсулин), а о создании жизни с нуля. Для людей, обеспокоенных тем, что биологи «играют в бога», это стало наглядным доказательством. А шесть лет спустя команда Вентера объявила, что смогла сократить генетический код той самой синтетической клетки до гораздо меньшего количества генов, необходимых для выживания. Это стало первым и знаменательным шагом в нескончаемом процессе создания и переписывания кода всего живого.

«Недавние открытия в биологических науках в сочетании с анализом больших данных привели нас к порогу революции в медицине, – написал Вентер в декабре 2017 года в статье для Washington Post. – Мы не просто научились читать и писать генетический код; теперь мы можем оцифровать его и перевести в синтетическую форму жизни. Теоретически наш вид получил возможность контролировать биологическую структуру. Мы можем написать приложение с ДНК, загрузить его в компьютерный преобразователь и создать неограниченное количество вариантов генетических последовательностей биологической жизни».

Нам предстоит долгий путь от синтеза генома одноклеточного организма (который до сих пор не пройден до конца) к тому, чтобы повторить это для 21 000 генов, кодирующих белок в геноме человека. Но, как говорится в китайской поговорке, путь в 1000 ли начинается с первого шага. В 2018 году Дрю Энди, синтетический биолог из Стэнфорда, сказал[213] NeoLife: «Мы хотим создавать моделируемые биологические системы, которые сможем понять и использовать в качестве инженеров для восстановления живого мира… Я уже представляю, что однажды мы начнем повсеместно создавать человеческие геномы для любых целей»[214].

По мере увеличения вычислительной мощности и снижения стоимости создания полного генома человека темп «ходьбы» будет лишь расти. Чтобы пройти ту самую 1000 миль, Лао-цзы, придумавшему эту китайскую поговорку 250 лет назад, потребовалось бы 300 часов. Сегодня потомки Лао-цзы могут преодолеть это расстояние за 12 часов на машине, за 4 часа на поезде, 2 часа на самолете и 3,5 минуты на орбитальном космическом корабле. Путь в 1000 миль по-прежнему начинается с шага, но затем скорость движения довольно быстро увеличивается.

Один из ярких примеров ускоряющихся изменений – исследовательский проект Genome Project-write (или GP-write). Он направлен на сбор 100 миллионов долларов для синтеза полного генома человека, начиная с синтезирования простых организмов и продвигаясь по цепочке сложности к созданию генетического кода человека[215]. «То, что мы собираемся сделать, однозначно выходит за рамки CRISPR, – рассказывал Джордж Черч. – Это разница между редактированием книги и ее написанием»[216].

При достаточном финансировании и даже минимальном успехе эта инициатива поможет ученым лучше понять сложную генетическую экосистему системной биологии. В долгосрочной перспективе такое понимание позволит будущим поколениям управлять, изменять и, в конечном счете, создавать жизнь. Трансформация человеческой жизни в информационные технологии будет происходить стремительно: чтение, написание и взлом. Учитывая все это, неудивительно, что книга Черча, вышедшая в 2012 году, получила название «Перерождение». Для сущности, которая пишет книгу жизни, в нашей религиозной традиции уже есть слово из трех букв.

Вычисления, машинное обучение, искусственный интеллект, нанотехнологии, биотехнологии и генетическая революция… Такие разные названия технологий являются не чем иным, как течениями, образующими гигантскую волну мегареволюции, которая смоет наши представления о том, что значит быть человеком. Если мы сможем поймать эту волну, то единственным ограничением того, насколько далеко мы сможем зайти, станет наше коллективное воображение.

[198] * Перевод Н. И. Гнедича. – Прим. изд.

[199] Homer. The Iliad, trans. Robert Fagles. – Chicago: Penguin Books, 1951 (Гомер. Илиада).

[200] Перевод О. Н. Чюминой. – Прим. изд.

[201] Dante Aligheri. Divine Comedy, trans. Henry Wadsworth Longfellow – Project Gutenburg EBook, 1997: Canto 17 (Д. Алигьери. Божественная комедия).

[202] Catherine Easterbrook, Guy Maddern. Porcine and Bovine Surgical Products: Jewish, Muslim, and Hindu Perspectives // JAMA. – No. 143 (2008). PP: 366–370. URL: https://jamanetwork.com/journals/jamasurgery/fullarticle/599037.

[203] Simon Bramhall. Presumed Consent for Organ Donation: A Case Against // Annals of the Royal College of Surgeons of England. – No. 93 (2011). PP: 270–272. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3363073/. Монти Пайтон показал забавную пародию на «пересадку органов» в фильме 1983 года «Смысл жизни по Монти Пайтону». URL: https://www.youtube.com/watch?v=5ig9wr8517E.

[204] Устранить этот недостаток смогли бы коррективы в медицинских полисах. Например, если перейти от автоматического отказа донорства органов к добавлению этого пункта и предоставлению компенсации семьям доноров. Organ Donation Statistics (Статистика донорства органов), Министерство здравоохранения и социальных служб США. URL: https://www.organdonor.gov/statistics-stories/statistics.html.

[205] Bethany PellegriNo. Immunosuppression // Medscape. URL: https://emedicine.medscape.com/article/432316-overview#a2 (дата последнего изменения: 4 января 2016 года (На июль 2021 года дата последних изменений уже обновилась: 1 марта 2021 года. – Прим. ред.).

[206] Li Wei et al. Inactivation of Porcine Endogenous Retrovirus in Pigs Using CRISPR-Cas9 // Science, дата публикации: 22 сентября 2017 года. URL: http://science.sciencemag.org/content/357/6357/1303.

[207] Nicola Davis. Breakthrough as Scientists Grow Sheep Embryos Containing Human Cells // The Guardian, дата публикации: 17 февраля 2018 года. URL: https://www.theguardian.com/science/2018/feb/17/breakthrough-as-scientists-grow-sheep-embryos-containing-human-cells.

[208] Реестр стандартных биологических деталей. URL: http://parts.igem.org/Main_Page.

[209] The Free Genes Project. URL: https://biobricks.org/freegenes/.

[210] Onkar Sumant. Synthetic Biology Market by Products (DNA Synthesis, Oligonucleotide Synthesis, Synthetic DNA, Synthetic Genes, Synthetic Cells, XNA) and Technology (Genome Engineering, Microfluidics Technologies, DNA Synthesis & Sequencing Technologies): Global Opportunity Analysis and Industry Forecast, 2013–2020, март 2014 года. URL: https://www.alliedmarketresearch.com/synthetic-biology-market; The Global Synthetic Biology Market Is Projected to Grow at a CAGR of 19.9 % // PR Newswire, дата публикации: 5 января 2018 года. URL: https://www.prnewswire.com/news-releases/the-global-synthetic-biology-market-is-projected-to-grow-at-a-cagr-of-199-300578132.html.

[211] Steven Cerier. Synthetic Biology’s ‘Promise and Potential’ Capture Investor Attention // Genetic Literacy Project, дата публикации: 8 мая 2018 года. URL: https://geneticliteracyproject.org/2018/05/08/synthetic-biologys-promise-potential-investor-attention/?mc_cid=9b36f13d19&mc_eid=6d7f502b6d (дата обращения: 8 мая 2018 года).

[212] Robert F. Service. Synthetic Microbe Lives with Fewer Than 500 Genes // Science, дата публикации: 24 марта 2016 года. URL: http://www.sciencemag.org/news/2016/03/synthetic-microbe-lives-fewer-500-genes (дата обращения: 8 мая 2018 года).

[213] Русский востоковед Иакинф Бичурин установил, что 1 ли равняется 571,5 м. – Прим. изд.

[214] David Ewing Duncan. Is the World Ready for Synthetic People? // Neo.Life, 5 апреля 2018 года. URL: https://medium.com/neodotlife/q-a-with-drew-endy-bde0950fd038 (дата обращения: 22 апреля 2018 года). Также см. George M. Church, Edward Regis. Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature and Ourselves // New York: Basic Books, 2014. P. 53.

[215] Здесь важно то, что ученые из Genome Project-Write подчеркивали этическую сторону программы. Jef D. Boeke et al. The Genome Project-Write // Science 353. – No. 6295 (дата публикации: 8 июля 2016 года). PP: 126–127. URL: http://science.sciencemag.org/content/353/6295/126.

[216] David Ewing Duncan. The Next Best Version of Me: How to Live Forever // Wired, 27 марта 2018 года. URL: https://www.wired.com/story/live-forever-synthetic-human-genome/.