ДНК можно сравнить с большой книгой, чтение которой – это и есть сама жизнь. Возможность аккуратно редактировать её текст, исправлять ошибки и «дописывать» новые «главы» обещают победу над многими болезнями и проблемами современности. И мы всё ближе к этому: особенные надежды связаны с появившейся недавно технологией CRISPR/Cas9. Не стоит пугаться сложных сокращений – мы объясним всё на пальцах. Вернее, на буквах, главах «книги ДНК» – и на её словах-паразитах.

Если сравнивать ДНК с книгой, то её абзацы – гены – описывают все главные молекулы, из которых сложены живые клетки – белки. Это очень умная книга: она сама подсказывает, что именно и в каком порядке из неё читать. Поэтому, например, в нейронах читаются только свои «главы» ДНК, и они образуют мозг и нервные волокна, а в мышечных клетках – свои, «мускульные» главы.

У каждого человека своя такая книга. Например, один из абзацев «главы ДНК», которая работает в клетках сетчатки, может делать глаза карими или голубыми. Это совершенно нестрашно – но вот ошибка, возникшая в тексте одного из важных генов, может привести к развитию тяжёлой болезни, иногда даже смертельной. А иногда эти ошибки дают и кое-что хорошее: случайно у человека могут появиться новые полезные свойства. Например, у древнейших людей практически отсутствовал нужный для переваривания молочного сахара фермент лактоза, поэтому они могли употреблять в пищу молоко только в детском возрасте. Так продолжалось тысячи лет, пока у одного из людей в гене этого белка не случилась ошибка, благодаря которой у него появилась способность расщеплять лактозу. Этот человек и его потомки, а сейчас они населяют почти всю Европу, Северную Америку и многие другие регионы и страны, – могут пить молоко без каких-либо последствий, даже будучи взрослыми. Но стоит отметить, что и сегодня во всем мире непереносимостью молока страдают несколько миллионов человек, и причина – недостаточность лактозы.

Также в те давние времена люди проводили своеобразную селекцию, отбирая среди домашних животных и сельскохозяйственных растений лучшие, более крепкие экземпляры, которые приносили больший приплод или богатый урожай, чтобы получить здоровое потомство. Сегодня, когда мы знаем немало о работе и возможностях великой «книги ДНК», можно не просто отбирать подходящие признаки, но и самим создавать их. Мы можем вносить в ДНК строго нужные нам новые абзацы-гены – и получать новые полезные сорта растений и породы животных.

Знаменитый «золотой рис», содержащий ген бета-каротина, стал настоящим спасением для многих азиатских стран, жители которых испытывают хронический недостаток витамина А. Недавно в США допустили в продажу мясо новой породы лососей с модифицированными генами, которые позволяют им набирать вес в два раза быстрее обычных.

«Книги ДНК» других живых организмов могут быть очень непохожими на наши, 

человеческие. Например, у одноклеточных бактерий она содержит всего одну «главу». Но написаны они всё равно одним и тем же языком. Поэтому нужные абзацы-гены можно брать из «книг ДНК» других организмов – скажем, гены, необходимые для ускоренного роста лососей, учёные «подсмотрели» в ДНК их рыб-родственников. А в Интернете можно даже купить новогоднюю ёлку с внедрённым в неё люциферином – это ген белка бактерий. Её иголки празднично светятся в

темноте, хотя в остальном она ничем не отличается от самой обычной ёлки.

Но иметь нужный ген – это всего лишь полдела. Нужно встроить этот «абзац» в текст книги ДНК, и это оказывается самым сложным. Во-первых, ДНК действительно огромна: у нас с вами она содержит больше трех миллиардов букв-нуклеотидов, и найти среди них нужные кажется почти нереальным. Во-вторых, написана эта книга довольно беспорядочно: она содержит огромное количество ненужных, на первый взгляд, кусков, а совместно работающие гены «одной главы» могут располагаться в самых разных частях. Наконец, каждая клетка заботливо охраняет свою ДНК. У высших организмов она дополнительно защищена мембраной ядрышка, где, как в библиотеке, хранится эта «книга».

Найти точно нужное место и вставить новый ген именно в него – з

адача, которую до сих пор решала почти что случайность. Достаточно сказать, что генетики для этого нередко используют специальную «ДНК-пушку», которая под большим давлением, как из микроскопического шприца, выстреливает в клетки «снарядами» из металлических частиц, на которых закреплены нужные фрагменты ДНК. В «носике» такой пушки металлические снаряды задерживаются, а ДНК срываются с них и летят дальше, иногда попадая прямо в ядрышко клетки. Здесь уже за них могут взяться специальные белки и, не заметив подмены, встроить новый ген в свою «книгу».

Другой способ – использовать вирусы, которые прекрасно приспособились к паразитизму на «книге ДНК» клеток других организмов. Они встраивают в неё свои «вирусные главы» и заставляют клетку читать только их, снова и снова, производя молекулы вирусов. Рано или поздно клетка разрушается, выпуская на свет мириады новых вирусных частиц. Так болеют не только люди, но и все другие живые существа, даже бактерии.

За миллиарды лет вирусы выработали очень хитроумные способы, позволяющие им проникнуть в клетку и вставить свои гены в её ДНК. А учёные научились их приручать: «потрошить» вирусную частицу, и заменять её гены нужными, оставляя лишь оболочку. Такая «инфекция» вызвать болезнь не может – ведь у неё нет вирусных генов – она способна только проникнуть в клетку и внести в неё те дополнения, которые мы сами поместили в неё, которые нам необходимы и полезны.

Но такой ненадёжный подход можно применить далеко не всегда. Мы не можем удалить из «книги ДНК» ненужный абзац-ген, который содержит ошибку и вызывает болезнь, и вписать вместо него другой, «здоровый». Мы не можем в точности предсказать, в какую часть «книги» попадёт новый фрагмент, будет ли в итоге он читаться и работать – или, может быть, сам нарушит работу чего-нибудь важного. Конечно же, мы не можем позволить себе такой неточности, если речь идёт о здоровье людей.

По счастью, здесь, как и во многих других случаях, на помощь приходят микробы. В конце концов, мы страдаем от общей напасти – вирусов. Но если у нас с ними борется очень большая и сложная иммунная система, в которой работают миллионы клеток, сигнальных белков, гормонов и других молекул, то как быть несчастному одноклеточному микробу, которого атакует вирус-пожиратель, бактериофаг? Оказалось, что и бактерии нашли ловкие способы бороться с инфекцией.

В ДНК многих из них имеются особые «абзацы» – короткие фрагменты, содержащие небольшие повторяющиеся фразы. Генетики называют их CRISPR – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, то есть «сгруппированные, регулярно расположенные короткие палиндромные повторы». Эти фразы служат «закладками», которые отмечают начало и конец особых глав книги ДНК – защитных. В них бактерия записывает небольшие случайные фрагменты ДНК вирусов, с которыми ей довелось столкнуться. CRISPR словно указывает: тут расположено досье на преступника.

Этим досье пользуются специальные белки Cas, которые получают их «слепок» в виде небольшой направляющей молекулы РНК – и открывают охоту. Любой попавшийся им фрагмент ДНК они сличают со своим «слепком», и при малейшем подозрении на совпадение с досье разрезают её на куски точно по шаблону. Стоп... разрезают точно по шаблону?.. Ведь именно это нам и нужно. Если мы подсунем белку Cas9 (самому заметному в этой группе сыщиков) своё «досье», то он разрежет ДНК точно в нужном нам месте.

Всю дальнейшую работу по редактированию «книги ДНК» клетка проведёт самостоятельно. Любые разрывы в её тексте – большая опасность, поэтому с ними ведут борьбу специальные группы «ремонтных» белков. Они находят место повреждения и пытаются заштопать, усадив на это место почти любой подходящий по размерам фрагмент ДНК. И если мы вместе с Cas9-белком и с нашим «досье» подсунем им и нужный новый ген – он окажется на месте старого.

Изменения, вносимые CRISPR/Cas9 в ДНК клетки, могут наследоваться всем её потомством. Это означает, что мы можем заменить ген, содержащий ошибку, на «здоровый» – и, теоретически, полностью избавить больного от проблем, вызванных таким нарушением. Подобные эксперименты, которые уже проводятся на лабораторных животных, показали, что технология CRISPR/Cas9 позволяет избавить подопытных мышей от миодистрофии Дюшена, пигментного ретинита и других наследственных заболеваний, связанных с ошибками в «тексте» ДНК.

Перспективы новой технологии настолько впечатляют, что вокруг звания первооткрывателя (и обладателя прав на её использование) уже развернулись настоящие «патентные войны». Ну а пока споры продолжаются, наука не стоит на месте. Не так давно британское Управление по эмбриологии и искусственному оплодотворению (HFEA) выпустило официальное разрешение на использование CRISPR/Cas9 для генетической модификации человеческих эмбрионов.

Пока что эти работы находятся лишь на первых этапах испытаний, а сама технология делает первые шаги. Достаточно сказать, что ювелирной точности в редактировании ДНК учёным достичь ещё не удалось, в 2015 году китайские биологи провели довольно спорные эксперименты с 86-ю оплодотворёнными эмбрионами, из которых лишь у четырёх всё прошло «как следует». По сравнению с «ДНК-пушкой» и другими «дедовскими» методами это большой прогресс, но для работы с человеческим организмом его никак недостаточно.

Впрочем, движение налицо, и вскоре в распоряжении человечества может оказаться замечательный инструмент для точного редактирования «великой книги». Остаётся понять, что именно и зачем мы хотим в ней исправить. Если с некоторыми тяжёлыми болезнями, действительно вызванными небольшой ошибкой в ДНК, вопрос вряд ли вызовет сомнения, то найти генетические механизмы других ещё предстоит. И уж тем более предстоит осознать, стоит ли вписывать в эту книгу свои новые главы.

Стоит ли дополнять одних способностью переваривать молоко во взрослом возрасте? А стоит ли создавать других, предрасположенных к идеальной спортивной фигуре и отличному здоровью? Развитому мышлению, кооперации с другими?.. Где лежит граница, за которую заходить не стоит, и есть ли она в принципе? Найти ответы на эти вопросы может оказаться даже сложнее, чем найти ювелирные инструменты для редактирования «великой книги ДНК».