Биотехнологическая революция свершилась. Мы уже пользуемся лекарствами и витаминами, произведенными на заводах в генетически модифицированных бактериях, и засеваем все большие площади трансгенными растениями. На подходе к коммерческому использованию — генетически модифицированные животные.
Генным инженерам потребовалось на революцию 30 лет,с тех пор как появился способ размножать наследственный материал — участки молекул ДНК, гены, — впробирках, а потом переносить эти гены в бактерии, растения и животных.
Тогда и появился термин «трансгенный организм», то есть такой, в наследственность которого искусственно внесли чужие гены, а вместе с ними и новые признаки.
Про трансгенные, они же генетически модифицированные, растения сейчас знают все — ими разве что детей не пугают. Гораздо меньше известно о трансгенных животных, хотя именно с них начиналась современная биотехнология: еще в 1974 годув Кембридже Рудольф Яниш успешно инъецировал и встроил в клетки эмбриона мыши ДНК вируса обезьяны.
— С растениями проще работать, — говорит Лев Эрнст, вице-президент Российской академии сельскохозяйственных наук (РАСХН), зав отделом биотехнологии Института животноводства. — Получил одну трансгенную клетку или культуру клеток — и выращивай целое растение, потом размножай.
В отличие от растительной животную ДНК нужно каким-то образом инъецировать в яйцеклетку, для чего ее сначала вынимают у самки. Потом нужно подрастить эмбрион и имплантировать его обратно. И ждать, пока родится: получится или нет. На мышах это осуществляется быстро, у них беременность недолгая, а вот на сельскохозяйственных животных законченных работ в мире немного.
Все работы по генетической модификации животных ведутся ради будущей коммерческой выгоды. Генные инженеры учатся улучшать породу животных, использовать их для промышленного производства белков и выращивания человеческих органов и тканей для трансплантации.
Кролик-бульдог
| Неизвестно, как проявит себя ген, вставленный в организм человека |
— В конце 80-х мы хотели повторить на сельскохозяйственных животных то, что в 82-м было сделано на мыши, — говорит Игорь Гольдман, бывший сотрудник Эрнста, а теперь директор Трансген банка Института биологии гена РАН. — Мыши ввели ген гормона роста крысы, и мышь выросла огромной. Но когда мы ввели этот ген кролику, у него появилась бульдожья морда, мощные лапы, и он стал стерильным, то есть потомство получить от него было нельзя.
До сих пор ни у кого в мире не получилось вырастить крупное трансгенное животное. В организме ведь все сбалансировано — размеры, давление крови, гормональный фон. И природа умеет этот баланс защищать, заменой одного гена его не нарушишь.
В молекулярной биологии долго существовала догма, что в каждом гене — участке молекулы ДНК — химически закодирована «инструкция» по производству клеткой одного белка. А сейчас оказалось, что одному гену может соответствовать и 10, и 100 белков. С этими столкнулись при попытках улучшить породу животных: вставляли ген, ждали появления определенного белка, а получали совсем другое. Тем не менее это другое иногда оказывается ценным.
— У нас сейчас есть восемь поколений свиней, в которых инъецировали ген гормона роста, — говорит Эрнст. — Это ген человеческий, но он мало отличается от свиного.
Ученые надеялись, что модифицированная свинья будет расти как на дрожжах, но этого не случилось. Стали изучать биохимию. Оказалось, что у свиньи появились неожиданные признаки: например, стало образовываться меньше жира, но больше мяса. Неплохой результат для промышленной селекции. Сегодня в Институте животноводства уже около полусотни маток и поставленная задача — получить породу. Причем проверка Институтом питания показала: никаких отклонений от обычного мяса. Вдобавок полученные животные качественнее реагируют на инфекции. Для селекционеров это очень важный признак, традиционными методами улучшающийся только случайно.
Устойчивость к заболеваниям — головная боль зоотехников. Сейчас каждому животному вводят до 10 различных вакцин в год, и не на все болезни есть вакцины. Например, около 20% коров в мире заражены вирусом лейкоза, а все попытки найти вакцину провалились. Но уже появилась надежда просто вывести породу не болеющих коров — во всяком случае вставка зеркального отражения генов вируса кроликам сделала их иммунными к этому заболеванию. Подобные работы ведутся, чтобы избавить свиней от гриппа.
Живые реакторы
— Сейчас множество частных компаний занимаются трансгенезом, — говорит Гольдман. — И большинство из них работает над созданием биореакторов.
Биореактор — животное, которому вводят нужный ген и получают, скажем, с его молоком какой-нибудь полезный белок. Например, одна канадская фирма работает над получением коз, выделяющих в молоко белок паутины. Из него хотят делать шовный материал для хирургии, для пластики сухожилий, бронежилеты и многое другое. А американская «Трансдженикс» таким же образом получила препарат антитромбин-3. Он уже прошел три стадии клинических испытаний и практически готов к использованиюв медицине. Во всяком случае в Япониии, Германии купили лицензии на этих коз.
Сейчас белки для медицины и промышленности производятся в основном в трансгенных бактериях. Но дело в том, что многие белки в бактериях нельзя наработать. Скажем, необходимый в онкологии (применяется для лечения белокровия) колоние стимулирующий фактор эритропоэтин. У низших организмов просто нет нужных систем для их производства. Сейчас эти вещества получают из клеток человека, выращиваемых в лабораториях, что страшно дорого. А если корова, дающая 10 тонн молока, будет сэтим молоком выделять какой-то белок, это решит все проблемы.
Существует совершенно необычный способ получения биореакторов. Этот способ продвигает группа Александра Соболева, главы лаборатории молекулярной генетики внутри клеточного транспорта Института биологии гена. Суть метода в том, чтобы получать не полностью генетически модифицированное животное, а частично. То есть химеру, у которой нужные гены вводятся в определенные органы. Конечно, такие животные не смогут передавать признаки по наследству, но в большинстве случаев это и не нужно.
— Задача состоит в том, чтобы гены стоком крови доставлялись в клетки-мишени, а в другие не доставлялись, — говорит Соболев. — Мы сделали растворимую конструкцию, в которую теперь можно вставлять любой ген. Итаким образом этот ген можно будет интегрировать в клетки-мишени. У нас была конструкция с геном вообще несуществующего в природе химерного белка, которой мы обрабатывали мышей. И умышей этот белок выделялся с молоком. Мышей, кстати, доить трудно. Мы это делаем маленькой пипеточкой.
Метод, который использует Соболев, позволяет технологии быть гибкой. Вывести трансгенную корову, овцу или козу — колоссальный труд, занимающий годы. А здесь мы сразу получаем взрослое животное с нужными свойствами. В принципе, можно будет вставлять гены в нужный орган в нужное время. Скажем, есть принципиальная возможность получать для ксенотрансплантации (пересадки органов от животныхк человеку) органы, которые небудут отторгаться. Или есть лекарства, потребностьв которых исчисляется в граммах на страну. Получать для каждого из них полностью трансгенное животное просто нерентабельно, а так можно будет наработать его в течение недель. К тому же есть возможность «переключать» одно и тоже животное в разных лактациях: сегодня оно выделяет в молоко одно лекарство, а через полгода — другое.
И все же ближе всего к коммерческому продукту подошла группа Гольдмана, которая занимается лактоферрином — очень сильным природным антибиотиком, содержащимся в женском молоке. В коровьем молоке его мало — 0,1 — 0,2 грамма на литр. А Гольдманс коллегами создали генную конструкцию, которая обеспечивает утрансгенных мышей 40 граммов лактоферринана литр. Побиты все мировые рекорды. Сейчас исследуется, как эта конструкция передается по наследству, ипланируется разведение коз для производства лактоферринового молока.
Гольдман работает в совместном российско-белорусском проекте. Генно-инженерную работу и проверку на мышах делают в России, а козья ферма расположена под Минском. Союзное государствовыделило на работы 50 млн. рублей, что по меркам современной России — просто беспрецедентная сумма. К тому же к работе есть интерес со стороны одной крупной компании, название которой Гольдман пока не разглашает. Эксперименты на козах начнутся уже в мае, а к концу 2006 года должны быть получены трансгенные животные.
Козами Гольдмана заинтересовалась и Московская областная дума. Совсем недавно даже провела выездное заседание в лаборатории: рассматривали вопрос о строительстве биотехнологической фермы на 500 голов в Подмосковье.
Свинья на запчасти
Принято считать, что мировой объем рынка генно-модифицированной трансплантологии — миллиарды долларов. Российская наука с ее скудным субсидированием не может конкурировать с ним, но все же пытается.
— Работы по получению свиней, чьи органы можно будет пересаживать человеку, активно ведутся в нескольких зарубежных фирмах, — говорит Эрнст. — Но информация, к сожалению, везде держится всекрете. Потому что полученные положительные результаты сулят огромные экономические выгоды.
Ксенотрансплантация — самая сложная из всех задач по трансгенным животным. Чтобы органы не отторгались, свинье нужно перенести по крайней мере четыре человеческих гена (по мнению Эрнста), а лучше шесть, как считают его зарубежные коллеги. Если такая операция удастся, то организм человека не будет воспринимать свиные печень, сердце и почки как чужеродные.
— У нас есть трансгенная свинья с одним геном, матка родила шестерых поросят, трое из них трансгенные, — сообщает Эрнст. — Сейчас будем второй ген сажать. Потому что все равно это нужно делать, ведь органов не хватает. И проблема после известных судебных процессов будет только обостряться.
| Неизвестно, какие признаки приобретет организм вместе с чужим геном |
Эрнст не без оснований говорит о том, что нам скоро придется покупать свиные органы у зарубежных фирм. Работы (покрайней мере внекоторых из них) близкик завершению. Так, еще в прошлом году на съезде трансплантологов интересное заявление сделал президент австралийского отделения Международной ассоциации ксенотрансплантации профессор Ян Мак Кензи. «Мы стоим на пороге новой эры, — сказал он. — На данный момент у нас имеются беременные свиноматки, которые должны принести трансгенное потомство с пятью измененными генами». То есть австралийцам для успеха осталось ввести свинье всего один ген.
В общем, размах работ по переоборудованию животных поражает. А впереди — новые горизонты, которые открываются в пока что чисто научных исследованиях. На мышках. Этим животным вставляют гены для получения удовольствия, омолаживающие, повышающие интеллект и укрепляющие память. Часто все получается. Поскольку эти гены не имеет смысла запускать сельскохозяйственным животным, значит, на очереди у биотехнологов мы, люди.