В средствах массовой информации в мае 2001 года появились сенсационные сообщения о рождении в США первых генетически модифицированных детей. Описание этих экспериментов было дано в статье Баррита, Бреннера, Мальтера и Коэна (Human Reproduction, 2001, vol. 16, № 3, p. 513). Речь в этой публикации шла об использовании процедуры, позволяющей преодолеть врожденное бесплодие женщин, вызванное дефектом митохондрий. Напомним, что митохондрии - органеллы, находящиеся в цитоплазме клеток всех людей, животных и растений, обеспечивают клетки энергией и обладают своим собственным генетическим аппаратом. Митохондриальная ДНК (мтДНК) представлена малыми по размеру кольцевыми молекулами, включающими у человека всего лишь 37 генов, которые совершенно необходимы для нормального функционирования клеток.
Митохондриальный геном всех людей, кроме родственников по женской линии, различен. Различия митохондриальной ДНК разных людей дают возможность использовать анализ этой ДНК для генетической идентификации личности и установления родства.
До сих пор неизвестно, связана ли «нормальная» изменчивость мтДНК с какими-либо признаками человека - морфологическими, физиологическими или психическими. Известно лишь то, что инактивация в результате мутаций отдельных митохондриальных генов является причиной различных патологических состояний - от наследственной слепоты и глухоты до диабета и старческого слабоумия. Все вызванные митохондриальными мутациями болезни передаются по материнской линии, как и сами митохондрии: их каждый человек получает только от своей матери.
Рис. 1. Схема этапов развития зародыша из оплодотворенной яйцеклетки и яйцеклетки с пересаженными митохондриями или ядром.
А - естественное оплодотворение; Б - оплодотворение «в пробирке» с одновременным переносом митохондрий; В - пересадка ядра соматической клетки - «клонирование». 1 - яйцеклетка. 2а - сперматозоид проникает в яйцеклетку; 2б - с помощью пипеток в яйцеклетку вводится сперматозоид и содержащая нормальные митохондрии цитоплазма из другой клетки; 2в - в яйцеклетку с предварительно удаленным собственным ядром вводится ядро соматической клетки. 3 - готовая к делению яйцеклетка. 4 - начало делений.
5 - многоклеточный зародыш.
Коллектив под руководством доктора Джека Коэна, работающий в Институте репродуктивной медицины и науки в штате Нью-Джерси (США), разработал и применил так называемую технику переноса ооплазмы (рис. 1). В яйцеклетку женщины, страдающей бесплодием, тончайшей пипеткой вводятся сперматозоид мужа (который и произведет собственно оплодотворение этой яйцеклетки) и капелька цитоплазмы из яйцеклетки здоровой женщины-донора. Перенесенные митохондрии донора приживляются в яйцеклетке, восстанавливают нормальный уровень энергетического метаболизма клетки и обеспечивают ее дальнейшее нормальное развитие в матке матери, куда подвергшаяся микрооперации яйцеклетка возвращается.
С 1997 года описанная операция была выполнена на яйцеклетках 30 страдавших бесплодием женщин. У 17 из них беременность не наступила, у одной наступила, но прервалась; 12 женщин родили детей, причем у трех родились двойни. Таким образом, за четыре года только в лаборатории доктора Коэна разработанным методом было получено 15 детей, столько же - в других лабораториях, освоивших эту технику. Из 15 детей, искусственно зачатых в Нью-Джерси, 13 живут в США, один ребенок - в Великобритании (где подобные операции запрещены), один - во Франции. Коэн утверждает, что все дети совершенно здоровы.
Изучение митохондриальной ДНК двух младенцев показало, что в их клетках действительно присутствуют митохондрии как родной матери, так и женщины- донора. Переноса какого-либо другого генетического материала, кроме ДНК митохондрий, как и ожидалось, не было отмечено.
Сообщение об экспериментах по переносу митохондрий в человеческие яйцеклетки были опубликованы еще в 2000 году, но особое внимание привлекла последняя публикация коллектива исследователей из Нью-Джерси, вызвавшая многочисленные отклики в прессе и дискуссии среди специалистов.
Эксперименты по пересадке митохондрий в клетки различных организмов начали проводиться достаточно давно. В этих опытах использовались различные методы - и перенос цитоплазмы с помощью микропипеток, и слияние клеток с безъядерными клеточными фрагментами, и прочие. Более 30 лет назад автор этих строк совместно с сотрудниками лаборатории радиационной генетики Ленинградского Института ядерной физики разработали простой способ переноса митохондрий у дрожжей, получивший название «цитодукция», в результате которого получаются клетки со смешанной цитоплазмой и ядром только одного из взятых в эксперимент партнеров. В дальнейшем цитодукция была описана и у других одноклеточных организмов.
С генетической точки зрения, если отвлечься от технической стороны дела и естественных биологических различий процесса оплодотворения у дрожжей и человека, можно сказать, что в экспериментах Коэна были получены человеческие цитодуктанты - ядро оплодотворенной яйцеклетки оказывалось в смешанной по происхождению цитоплазме.
Такое состояние генетической гетерогенности цитоплазмы, называемое гетероплазмией, может сохраняться при делении клеток, и даже на протяжении нескольких поколений. Клетки и организмы, в цитоплазме которых находятся генетически различные митохондрии, обычно называют гетероплазмонами.
Дети, родившиеся в клинике доктора Коэна, вероятно, сохранят гетерогенность митохондрий в своих клетках в течение всей жизни, а девочки в дальнейшем, возможно, передадут ее и своим потомкам. Именно последнее обстоятельство отличает описанные опыты Коэна от нередко практикуемых пересадок почек, костного мозга или сердца больным людям. При таких операциях гены клеток даже успешно приживленного органа не имеют никаких шансов передаться потомству. Дискуссия, которая развернулась в связи с экспериментами доктора Коэна, как раз и связана с проблемой допустимости или недопустимости вмешательства в «зародышевый путь» - генетическую «нить», связывающую ряд поколений людей.
В поднявшейся дискуссии обсуждается еще одна проблема - не будет ли рожденный по методу доктора Коэна ребенок иметь двух матерей со всеми вытекающими из этого юридическими, моральными и психологическими проблемами. Такие опасения наименее обоснованы - от естественной матери ребенок получает примерно 35 000 генов, от женщины-донора - добавленные к ним 37 митохондриальных генов. Соотношение 1000 : 1 снимает проблему происхождения «от двух матерей», не говоря уже о важности той связи, которая устанавливается между естественной матерью и ребенком при его вынашивании. Подсадка до рождения ребенка чужих митохондрий с этой точки зрения мало чем отличается от такой рутинной процедуры, как переливание донорской крови только что родившемуся младенцу.
В связи с получением «генетически модифицированных» детей очень коротко перечислим некоторые из обсуждаемых или реализуемых проектов в области генетической инженерии животных, то есть пересадки не митохондриальной ДНК, а хромосомных генов, обычно от неродственных видов. Эти опыты показывают, какие попытки могут быть предприняты уже в ближайшем будущем с целью переделки генетического аппарата человека.
В начале 2001 года было сообщено о получении первой трансгенной обезьяны (прежде подобные эксперименты проводились на более далеких от человека животных). Исследователям из Орегонского центра изучения приматов (США) с помощью безвредного вируса удалось перенести в ооциты макаки-резуса ген медузы, производящий флуоресцирующий белок (образование такого белка в организме легко наблюдать). В матки приемных матерей были помещены 20 эмбрионов, в которые пытались пересадить ген; родилось 3 детеныша, из которых у одного действительно происходило образование светящегося зеленым светом белка. В частности, светились ногти этой первой генетически измененной обезьяны.
Применительно ко многим домашним животным уже достаточно хорошо отработаны не только методы клонирования (о которых будет сказано ниже), но и методы переноса чужеродных генов, то есть получения трансгенных животных. В основном таких животных создают с целью получения в больших количествах белков, имеющих применение в медицине. Обсуждаются или осуществляются и другие проекты.
Известно, что 3,2 % всех белков в коровьем молоке составляет лактоглобулин. Его совсем нет в человеческом молоке, и именно с наличием этого белка связано аллергенное действие коровьего молока на некоторых детей. Предполагается осуществить инактивацию соответствующего гена в геноме коров, чтобы их молоко стало неаллергенным.
Американская фирма «Трансджиник Петс» («Трансгенные домашние животные»), сотрудничая с учеными из Университета Коннектикута, пытается получить кошек, шерсть которых была бы лишена аллергенного белка фел д1. Методами направленной инактивации гена и клонирования предполагается вывести породу кошек, не вызывающих аллергию. Называется и ожидаемая цена таких животных - 750-1000 долларов.
Делаются попытки получить коз, в молочных железах которых происходит синтез белка паутины. Этот белок, придающий волокнам исключительную, пока искусственно недостижимую прочность, будет выделяться из молока таких трансгенных животных.
Гарвардский университет запатентовал «онкомышь». В геном мыши был введен человеческий ген, вызывающий рак груди. У трансгенных (с чужеродным геном) мышей быстро развиваются опухоли молочной железы, что делает их ценной экспериментальной моделью в онкологии.
В связи с угрозой биотерроризма, а именно применения террористами такого смертельного яда, как токсин ботулизма, две американские компании («Гематех» и «Дайнпорт Вакцин Корпорейшн»), получившие от правительства 3 млн. долларов, пытаются вывести, а затем клонировать коров с человеческими генами, в крови которых накапливались бы свойственные человеку антитела к токсину. Такие антитела, безвредные для людей, могли бы быть использованы как при лечении пораженных токсином, так и с целью профилактики отравлений.
В попытках получить животных, чьи органы не будут отторгаться при пересадке человеку и, таким образом, служить «биопротезами», используются свиньи. Несовместимость их органов с человеческим организмом связана в значительной степени с образованием в клетках свиней особого сахара - альфа 1,3 галактозы. Для прекращения синтеза этого сахара надо инактивировать несколько генов, заведующих его образованием. Британская биотехнологическая компания «ППЛ Терапевтикс» в августе 2002 года объявила о получении первых свиней, у которых генно-инженерными методами разрушены два «вредных» гена.
Этот перечень можно было бы продолжить. Как видим, возможности генетической инженерии действительно фантастические.
Успехи в изучении генома человека таковы, что, вероятно, достаточно скоро станет технически возможным конструировать геном будущего ребенка, не только предотвращая развитие у него той или иной болезни, но и придавая ему, например, желаемый цвет волос и кожи или даже музыкальные способности путем пересадки соответствующих генов. Опасность заключается в том, что на этом пути можно зайти слишком далеко, и, сделав сейчас первый шаг, наука вступила на достаточно скользкую дорогу. Мы полагаем, что нет оснований подвергать осуждению эксперименты доктора Коэна или запрещать применение разработанной им процедуры избавления от женского бесплодия, но надо отдавать себе отчет в том, что после этого первого шага в дальнейших генетических манипуляциях с человеческими яйцеклетками (а также со сперматозоидами и эмбрионами) остановиться будет трудно.
Именно на основании подобных опасений в Великобритании и в некоторых других странах эксперименты по генетическому изменению зародышевого пути человека запрещены. В США же государство заняло позицию, подобную пилатовской, - «умыло руки», объявив: можете все это делать, но власти такие опыты финансировать не будут. Естественно, что операции доктор Коэн проводил не за счет государства.
Так или иначе, но сенсационные результаты доктора Коэна заставляют не только обсуждать допустимость генетических экспериментов на гаметах и эмбрионах человека, но и вернуться к старым дискуссиям о евгенике, поскольку новые достижения генетики и экспериментальной эмбриологии позволят ученым в недалеком будущем попытаться создать желаемый человеческий генотип и даже новую человеческую «породу» не путем длительного отбора (или подбора), как предлагали евгеники, а путем манипуляций с геномом и отдельными генами.
В данном случае перед наукой ставится важнейший вопрос: допустимы ли какие-либо вмешательства в человеческий геном, и если да, то какие и с какими целями. Введение человеческих или чужеродных генов в соматические (телесные) клетки начинает осуществляться в рамках так называемой генотерапии, которая, по-видимому, особых этических и юридических проблем не поднимает. Речь теперь идет об изменениях генома тех клеток, которые образуют «зародышевый путь», то есть потенциально могут дать начало следующим поколениям. Как показывают примеры, приведенные выше, способы такого вмешательства уже сейчас достаточно разнообразны, и они будут все более и более многообразны в самом ближайшем будущем.
Подобные эксперименты, проводимые на животных, открывают путь для пересадки в человеческую яйцеклетку чужих ядерных генов. Пересадка отдельных человеческих генов в яйцеклетку или зародыш с медицинскими целями вряд ли может вызывать возражения, хотя возможные цели такой операции могут быть достигнуты другими способами.
Следует определить показания к подобным пересадкам. Вероятно, они должны ограничиваться решением медицинских задач. Удовлетворение родительского тщеславия (например, желание придать будущему ребенку гены каких-либо выдающихся способностей, что в перспективе может стать реальным) должно быть исключено.
По нашему мнению, следует запретить пересадку генов других организмов, поскольку возможные последствия таких манипуляций заранее рассчитать невозможно, а с эмоциональной, этической или религиозной точек зрения создание человека с животными (растительными, бактериальными) генами, скорее всего, будет вызывать общее неприятие.