С 1960-х гг. биологи мечтали использовать силу генного драйва. Благодаря CRISPR эта мечта сбылась, и еще как!
У бактерий, которые, можно сказать, обладают первоначальным патентом на эту технологию, CRISPR функционирует как иммунная система. Бактерии, у которых есть «локус CRISPR», могут включать куски ДНК вирусов в собственные геномы. По этим кускам, как по снимкам с места преступления, они распознают потенциальных агрессоров. Затем они запускают связанные с CRISPR ферменты (Cas-ферменты), которые работают как крошечные ножи. Они разрезают ДНК захватчиков в нужных местах и выводят их из строя.
Генные инженеры приспособили систему CRISPR-Cas, чтобы вырезать практически любую последовательность ДНК, которую пожелают, у любых живых существ. Они также научились заставлять ДНК заменять вырезанный кусочек новым, который ей подсовывают ученые. (Именно так я обманула кишечную палочку и заменила аденин на цитозин.) Поскольку система CRISPR-Cas биологическая по своей природе, она также кодируется ДНК. Поэтому можно создать генный драйв. Вставьте гены CRISPR-Cas в организм, и организм может быть запрограммирован так, что начнет перепрограммировать собственный геном.
В 2015 г. группа ученых из Гарварда объявила, что при помощи этой самоподдерживающейся системы они создали искусственный генный драйв у дрожжей[147]. (Они начали с нескольких дрожжей кремового цвета и нескольких — красного и получили колонии, которые через несколько поколений все были красными.) Через три месяца последовало заявление исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего о том, что они использовали почти тот же способ для создания искусственного генного драйва у плодовых мушек[148]. (Обычно плодовые мушки коричневые; генный драйв способствовал распространению гена, отвечающего за своего рода альбинизм, в результате чего получилось желтое потомство.) А еще через шесть месяцев третья группа ученых объявила, что они создали комара
Если CRISPR может «переписывать сами молекулы жизни», то при помощи искусственного генного драйва эта способность возрастает экспоненциально. Предположим, что исследователи в Сан-Диего выпустили своих желтых плодовых мух. Предположим, эти мухи найдут себе пару, роясь вокруг какого-нибудь мусорного контейнера в кампусе, и тогда их потомство тоже будет желтым. И если новые мушки выживут и начнут размножаться, то и их потомки будут желтыми. Этот признак продолжит распространяться от Тихого до Атлантического океана, пока желтые мухи не захватят весь континент[149].
Причем цвет — это не какой-то особенный признак. Практически любой ген любого растения или животного можно — по крайней мере, в принципе — запрограммировать так, чтобы он наследовался чаще других. В том числе и гены, которые сами были модифицированы или заимствованы у других видов. Например, можно создать генный драйв, который будет распространять ген снижения токсичности у жабы-аги. Возможно, в один прекрасный день удастся создать генный драйв для кораллов и подтолкнуть ген, отвечающий за их термоустойчивость.
В мире искусственного генного драйва и без того размытая грань между созданным человеком и естественным, между лабораторным и природным почти исчезает. В таком мире люди не только определяют условия, при которых происходит эволюция, но могут — опять же, в принципе — определять ее результат.
Первым млекопитающим, на котором испытают генный драйв на базе CRISPR, почти наверняка будет мышь. Мыши — это так называемый модельный организм. Они быстро размножаются, их легко выращивать, и их геном хорошо изучен.
Пол Томас — пионер в области генетических исследований мышей. Его лаборатория находится в Аделаиде, в Южно-Австралийском институте здравоохранения и медицинских исследований, в здании, имеющем форму ромба со скругленными углами, стены которого сплошь покрыты заостренными металлическими пластинами. (Жители Аделаиды называют его «теркой»; мне же показалось, что оно больше похоже на анкилозавра.) Как только в 2012 г. была опубликована прорывная статья по CRISPR, Томас понял, что правила игры изменились. «Мы сразу же взялись за дело», — сказал он мне. За год его лаборатория при помощи CRISPR создала мышей, страдающих эпилепсией.
Когда появились первые статьи по синтетическому генному драйву, Томас снова погрузился в работу: «Я всегда интересовался и CRISPR, и генетикой мышей, так что я не мог устоять перед новыми возможностями». Поначалу он просто хотел посмотреть, получится ли вообще заставить эту технологию работать.
— Финансирования почти не было, — сказал он. — Для исследований собрали последние крохи, а ведь эксперименты эти весьма дорогостоящие.
Пока Томас все еще, как он выразился, «баловался» с мышами, с ним связалась группа, которая называет себя GBIRd. Аббревиатура расшифровывается как Genetic Biocontrol of Invasive Rodents (Генетический биоконтроль грызунов-захватчиков), а идею группы можно описать так: доктор Моро вступает в ряды «Друзей Земли».