Константин Северинов – Доктор биологических наук, профессор Ратгерского университета (Нью-Джерси, США) и Сколковского института науки и технологии.
Этот рассказ – о том, как делаются исследования в современной биологии. Но для начала следует ввести всех в курс дела, чтобы легче было продвигаться дальше. Начнем с главного.
Центральная догма молекулярной биологии
«Догма» – не очень удачное слово. Некоторые его пугаются, думая, что это непременно нечто косное, принципиально недоказуемое, ограничивающее свободный полет мысли. Точно так же и с теорией Дарвина: почему-то есть люди, которые считают, что раз она называется теорией, то она, скорее всего, не доказана. На самом деле центральная догма молекулярной биологии просто описывает, каким образом из информации, записанной в генах, возникает что-то типа меня, присутствующих в зале слушателей или бактерий. Другими словами, как генетическая информация выражается (ученые часто говорят «экспрессируется»), в результате чего клетки приобретают свою индивидуальность.
Часто центральную догму формулируют в виде краткого афоризма: «ДНК –> РНК –> белок». Вот что это значит.
Генетическая информация хранится в ДНК – это знаменитая молекула, которая выглядит как двойная спираль. Молекула ДНК – это фактически линейная последовательность оснований; для нас важно думать про них как про буквы. Это просто генетический текст. Алфавит русского языка состоит из 33 букв, и с помощью комбинаций этих букв мы можем составлять тексты, которые имеют смысл. Генетический язык для всей жизни един – он был «изобретен» только раз, и его алфавит состоит всего из четырех букв. Они называются А, G, C и T – аденин, гуанин, цитозин и тимин. Для биологической функции ДНК очень существенно, что последовательность букв, то есть генетическая информация, содержащаяся в одной цепи, отражена в – или «комплементарна», как говорят ученые, – последовательности другой цепи. Это фактически означает, что генетический текст в двойной цепочке закодирован дважды. Можно разделить цепи, а затем достроить на разделенных цепочках недостающие «буквы», чтобы спирали снова стали двойными. Теперь цепочек будет уже не одна, а две. Так генетическая информация дуплицируется и передается в поколениях. На очень грубом уровне мы возникаем из своих родителей именно в ходе такого процесса.
Итак, информация хранится, дуплицируется, то есть передается потомству, но она еще должна работать: генетический текст должен что-то нам сказать, и потом что-то должно случиться, чтобы из текста вырос живой организм. Происходит это таким образом: сначала идет процесс под названием «транскрипция». При этом одна из цепей ДНК переводится в другую молекулу, очень похожую, которая называется РНК. Последовательность букв в ней идентична исходной ДНК. А затем молекула РНК транслируется: это означает, что на ней синтезируется белок. Есть специальный генетический код, в результате которого последовательность букв в молекуле РНК, а следовательно, и в ДНК, переводится в последовательность аминокислот в белке. А белки – это то, из чего мы состоим. У меня волосы вьющиеся и темные, а у вас, возможно, другие, и связано это с тем, что белки, из которых состоят волосы, разные у каждого из нас. У разных людей эти белки очень похожи, но есть и отличия – большинство «букв» те же, но кое-где написание слегка изменено.
Итак, ДНК –> РНК –> белок. Стрелки здесь показывают, в какую сторону движется информация. Очевидно, что гены при посредничестве РНК влияют на белки – то есть на фенотип, или на то, как организм выглядит и что с ним происходит в жизни. Но обратно, от фенотипа к генам, информация не передается. То, что происходит с организмом в жизни, не влияет на его гены. Приобретенные признаки не наследуются: вопреки взглядам злополучного академика Лысенко, сколько ни обрубай мышам хвосты, бесхвостые мышата у них ни в каком поколении не появятся. Центральная догма была сформулирована в начале 1960-х годов и, безусловно, является одним из величайших фундаментальных научных открытий.
История одного опыта
Фундамент центральной догмы закладывался еще в первой половине ХХ века, и один из важнейших этапов связан с именами Сальвадора Лурии и Макса Дельбрюка, позже ставших нобелевскими лауреатами.
Макс Людвиг Хеннинг Дельбрюк – 1906–1981 – Американский биофизик немецкого происхождения, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1969 г. (совместно с Алфредом Херши и Сальвадором Лурией) «за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов».
Сальвадор Эдвард Лурия – 1912–1991 – Американский микробиолог, лауреат Нобелевской премии 1969 года (совместно с Алфредом Херши и Максом Дельбрюком).
Макс Дельбрюк – физик, убежавший из гитлеровской Германии в Америку. Биологией он занялся по настоянию нашего соотечественника Тимофеева-Ресовского. Дельбрюк чувствовал, что время великих открытий в физике подходит к концу, а Тимофеев-Ресовский убедил его, что природа наследственности стоит того, чтобы ею заниматься. Вместе они сделали несколько классических работ по определению размера гена. Сальвадор Лурия, в свою очередь, бежал в Америку из фашистской Италии. По специальности он был микробиолог.
Дельбрюка и Лурию заинтересовал исключительно фундаментальный вопрос – как возникают наследуемые изменения – мутации – у бактерий. Рассмотрим, например, мутации, вызывающие у бактерий устойчивость к бактериальным вирусам (их называют бактериофагами). Возьмем бактерию под названием «кишечная палочка» – она живет в каждом из нас в огромном количестве и является излюбленным модельным объектом молекулярных биологов. Если кишечная палочка встретится с вирусом-бактериофагом, она наверняка будет им убита. Но это относится к нормальной кишечной палочке (ее еще называют бактерией дикого типа). Если мы возьмем много-много бактерий и заразим их вирусом, мы увидим, что несколько бактерий непременно выживут и образуют на чашке с питательной средой вполне здоровые и жизнеспособные колонии, как будто вирус им нипочем. Можно показать, что все клетки в этой колонии стали устойчивы к вирусу. Значит, они произошли из клетки-родителя, у которой каким-то образом появилась устойчивость к вирусу. Как могла возникнуть такая устойчивость?
«Многие люди, которые занимались системой приобретенного иммунитета, не сразу поняли, при чем тут генная медицина, и прошляпили открытие своей жизни».Константин Северинов
Здесь есть два варианта ответа. Первый вариант: встретившись с вирусом, некоторые клетки научились с ним бороться. В свое время Ламарк предположил, что жираф тянулся к высоким веткам, поэтому у него отросла длинная шея. Так и здесь: клетки, оказавшись в очень вредных, очень неприятных условиях среды, начинают бороться, изменяться, пока наконец не найдут способ победить обстоятельства. Чистое торжество воли, как в немецкой философии. Сначала изменилась окружающая среда (в нашем случае в ней появился смертельный вирус), это дало вам какой-то сигнал, и вы решили поменяться, потому что если вы не поменяетесь, то вас больше не будет, вы исчезнете. Вероятность победить невелика – скажем, 0,001 %, – но поскольку клеток изначально было много, по статистике каким-то из них непременно удастся вырвать у вируса победу, и их потомки увидят зарю следующего дня, образуют колонии.
Жан-Батист Ламарк – 1744–1829 – Французский естествоиспытатель, создатель первой целостной эволюционной теории (позднее названной ламаркизмом).
Второй вариант – так называемые спонтанные мутации. Об их существование неявно предполагал еще Чарльз Дарвин, который, впрочем, ничего не знал про гены. Спонтанные мутации возникают случайно, вне всякой связи с тем, в каких условиях находится организм и какие изменения могли бы принести ему пользу. Просто клетка без всякой причины во время деления вдруг переходит в новое состояние. Оно может никак не проявиться, но если эта клетка (или ее потомки) окажутся в условиях, где это новое состояние играет роль для выживания, они воспользуются свалившейся на них с неба возможностью.
Чарльз Роберт Дарвин – 1809–1882 – Английский натуралист, предположивший в своем труде «Происхождение видов», что движущей силой эволюции является естественный отбор небольших ненаправленных наследственных изменений (позднее названных мутациями).
В условиях нашего опыта выбор между первым и вторым вариантом можно сформулировать так: возникает ли у клеток устойчивость к вирусу только в процессе вирусной инфекции или в любой момент времени, независимо от того, есть вирус или нет? Если вы задумаетесь, то поймете, что различить эти два варианта в эксперименте не так уж просто. Ведь для того, чтобы увидеть, возникла ли у клетки устойчивость к вирусу, надо ее этим вирусом заразить. А после того как вирус и клетка встретились, всякий может сказать, что именно эта встреча и стала причиной возникновения устойчивости (как в первом варианте). Даже если верен второй вариант и мутации возникают тогда, когда никаких вирусов вокруг нет, то у нас не будет никакого способа их заметить без добавления вируса.
Опыт Дельбрюка и Лурии позволил сделать выбор между этими двумя возможностями. Этот опыт настолько простой, что каждый может повторить его у себя на кухне. Возьмем десять пробирок, посадим в каждую по одной клетке кишечной палочки и дадим им делиться, пока из каждой клетки не возникнут сотни тысяч потомков. Потом добавим в каждую пробирку вирус, так чтобы на каждую бактерию приходилась хотя бы одна частица вируса.
Если верен первый вариант – мутации возникают как результат борьбы с вирусом с вероятностью победы в 0,001 %, – в каждой пробирке победителями окажется некоторое количество клеток. Эти клетки образуют колонии на чашках с питательной средой, когда мы выльем на них содержимое наших пробирок с выжившими клетками. Количество образованных колоний не будет одинаковым, но в целом число колоний, образованных на разных чашках, окажется более или менее сходным: например, на одной чашке будет пять, на другой – возможно, четырнадцать, на третьей – десять. В целом распределение колоний на разных чашках будет довольно равномерным.
Но если верен вариант номер два, тогда спонтанные мутации могут произойти в любой из пробирок задолго до встречи с вирусом. Например, у самой первой клетки или у одного из двух, четырех, восьми ее потомков, возникших соответственно после первого, второго или третьего деления. В этом случае в какой-то из культур устойчивых клеток окажется гораздо больше. А у числа устойчивых клеток из разных пробирок будет совсем другое, неравномерное распределение. Именно такое крайне неравномерное распределение и наблюдали Лурия и Дельбрюк.
Их вывод: мутации возникают спонтанно. Окружающая среда лишь позволяет им проявиться и принести пользу (или вред). Те, кто и раньше догадывались, что дело именно так и обстоит, в те годы назывались генетиками, а приверженцев противоположной точки зрения в СССР называли лысенковцами: первые оказались правы, вторые – нет.
Дельбрюк и Лурия получили за свое открытие Нобелевскую премию, а генетики в последующие пару десятилетий поняли, как все на самом деле происходит. В ДНК хранится генетическая информация, при ее копировании случаются ошибки, эти ошибки иногда могут быть полезными, а все изменения в ДНК, как вредные, так и полезные, передаются от предков к потомкам. Таким образом, центральная догма молекулярной биологии возникла из эксперимента Дельбрюка и Лурии. Это очень красивый эксперимент, потому что он прост. Все красивые эксперименты просты.
Загадочный автограф
Промотаем время на сорок лет вперед. Мы окажемся в конце 1980-х годов, когда только-только стала возникать наука геномика. Люди научились определять последовательность букв в генах. Геном бактерии – несколько миллионов букв, и есть технология, которая позволяет читать эти и даже гораздо более длинные генетические тексты, например геном человека, длина которого составляет три миллиарда букв. Генетические тексты можно читать и анализировать с помощью компьютера, занимается этим новая отрасль биологии – биоинформатика.
При анализе генетических текстов выяснилось, что некоторые из них являются генами, то есть кодируют белки. Но есть и такие участки, которые, казалось бы, ничего не кодируют. Один такой любопытный участок был обнаружен в ДНК кишечной палочки. Он сложен из многократно повторенной короткой последовательности длиной всего тридцать-сорок букв-нуклеотидов. А между этими повторами заключены другие кусочки, примерно такой же длины, но имеющие разные, неповторяющиеся последовательности. То есть имеется кассета с повторами и находящимися между ними спейсерами-разделителями. Позже подобные кассеты были обнаружены у самых разных бактерий, но для чего они нужны, какая у них функция, ученые не знали. Назвали такие кассеты CRISPR – от английского «сгруппированные, регулярно разделенные короткие палиндромные повторы».
Но тот факт, что ученые не понимали биологическую роль CRISPR, совершенно не помешал предприимчивым людям их использовать. Выяснилось, например, что у бактерий, вызывающих туберкулез, почти все гены одинаковые, а CRISPR-участки – разные. Бактерия, выделенная в томской тюрьме, и бактерия, выделенная в омской тюрьме (а туберкулез распространяется в основном в тюрьмах), содержат совершенно разные спейсеры-разделители в своих CRISPR-кассетах. Если в московский госпиталь приходит человек с туберкулезом, там выясняют, каков набор спейсеров в ДНК заразивших его бактерий. Когда выяснится, что у него скорее «омская», чем «томская» бактерия, можно принять соответствующие эпидемиологические меры.
А можно использовать CRISPR и по-другому. Компания Danisco контролировала около 40 % мирового рынка культур-заквасок для кисломолочных продуктов. Компания располагала огромным каталогом различных штаммов бактерий, и каждый штамм позволял делать какой-то кисломолочный продукт с определенными коммерческими свойствами. Свои штаммы они продавали на молочные заводы. Надо сказать, что это непростой бизнес: если вы продаете кому-то живую культуру, то у вас ее купят один раз, а больше покупать не будут, а начнут выращивать сами, да еще и передавать другим, как русские бабушки передают друг другу культуру чайного гриба. К счастью, CRISPR можно использовать для выявления, кто у кого что украл. Дело в том, что все бактерии, которые делают молочнокислые продукты, родственны друг другу, но все-таки чуть-чуть различаются. В частности, очень сильно различаются последовательности и число CRISPR-спейсеров, то есть они являются диагностическим признаком того или другого штамма. По этому признаку можно достоверно выявить штамм, похищенный из Danisco, и доказать факт нарушения контракта. Поэтому работники компании составили каталог CRISPR-спейсеров во всех культурах из своей коллекции и пользовались ими как базой отпечатков пальцев. По-прежнему не понимая, зачем они на самом деле нужны бактериям.
Тем временем владельцев молочных заводов мучила другая проблема. Помните, мы говорили о вирусах-бактериофагах? На земле их живет очень много, примерно в триллион миллиардов раз больше, чем людей. Бактериофаги любят жить там, где есть их еда, то есть бактерии, и часть их живет на молочных заводах, где они заражают бактерии заквасок. Вы купили молоко, внесли закваску, потираете руки в ожидании барышей, но вдруг появляется бактериофаг, культура портится, молоко приходится вылить. В ценовом выражении потери составляют до общего объема этого бизнеса.
Как помочь людям, которые хотят доставить на прилавки вкусные молочные продукты? Нужно сделать тот самый эксперимент, что делали Дельбрюк и Лурия в 1943 году: получить бактерии, устойчивые к вирусу. Это и делали в компании Danisco: брали бактерию из своего каталога, брали вирус, доставляющий проблемы на каком-то молочном заводе, и получали устойчивую к вирусу культуру. Только теперь это уже не кишечная палочка, за которую когда-то была получена Нобелевская премия, а лактобациллы.
А перед тем как продать эту культуру промышленникам, ее каталогизируют, чтобы никто не украл: это все-таки бизнес. Для этого подробно описывают кассету CRISPR – берут «автограф», отпечаток пальца полученной линии бактерий. Тут-то и заметили, что у всех устойчивых к вирусу культур в кассете появлялись новые фрагменты-спейсеры, в точности до одной буквы повторяющие кусочек генома того самого вируса, к которому появилась устойчивость. Вот такой любопытный научный результат.
Мы начинаем думать, что это неспроста: возможно, устойчивость связана с добавлением фрагмента из ДНК вируса в CRISPR-кассету бактерии. Говоря математическим языком, мы уже доказали, что это «необходимо»: у всех устойчивых культур в геноме появлялся новый вирусный кусочек. Чтобы доказать «достаточность», поставили молекулярно-генетический эксперимент: ученые сами взяли из вируса кусочек ДНК и вставили его в бактериальную клетку методами молекулярной генетики. И получили устойчивые к вирусу бактерии! Значит, для устойчивости необходимо и достаточно попадания небольшого участка вирусной ДНК в CRISPR-кассету бактерии.
Этот результат был опубликован в 2007 году в журнале Science, и он много что перевернул в биологической науке. Помните спонтанность мутаций? Это был основной вывод из работы Дельбрюка и Лурии, которые за это получили Нобелевскую премию. А в этом опыте, проведенном сотрудниками Danisco, результат оказался ровно обратным: ведь чтобы вставить кусок ДНК из вируса в CRISPR-кассету, надо хотя бы с этим вирусом встретиться. Если вируса нет, то и вставлять в кассету нечего.
Опыт, проведенный сотрудниками Danisco, фактически идентичен тому, что ставили Лурия и Дельбрюк, но результат получился противоположный. Люди ели кефир и в 1943 году, и если бы Лурия и Дельбрюк случайно взяли для своего опыта не кишечную палочку, а лактобациллу или какой-нибудь другой микроб, они пришли бы к другому выводу. Получается, что здание молекулярной биологии строится на довольно хлипких основаниях. Неужели зашаталась центральная догма?
Нет, мир не перевернулся. Дельбрюк и Лурия работали с изнеженной лабораторной культурой кишечной палочки, у которой по каким-то причинам механизм приобретенного иммунитета за счет действия CRISPR просто отсутствовал. Именно это и позволило им обнаружить важнейший факт спонтанного возникновения мутаций. Если бы у их бактерий работала кассета CRISPR, результат эксперимента был бы в некотором смысле безнадежно испорчен. Что, конечно, не помешало бы спонтанным мутациям оставаться главным механизмом дарвиновской эволюции – за исключением ламарковского явления приобретенного бактериального иммунитета под действием CRISPR-систем и еще, возможно, пары-тройки других особых случаев.
О пользе точности для генной медицины
Прикладные специалисты из Danisco свою проблему решили, но фундаментальным ученым (типа меня) стало крайне интересно, как работает приобретенный, адаптивный иммунитет бактерий на молекулярном уровне. Выяснилось следующее. Система бактериального иммунитета основана на РНК (помните: ДНК –> РНК –> белок?). Когда вирус заражает клетку, он иногда не сразу убивает ее, и маленький кусочек ДНК вируса успевает встроиться между двумя повторами в CRISPR-кассету бактерии. Потом ДНК кассеты транскрибируется – с нее считывается РНК. Эта РНК специальными белками разрезается на кусочки длиной в шестьдесят нуклеотидов, в шестьдесят букв. У каждой из возникающих коротких молекул РНК концевые участки одинаковые – они соответствуют CRISPR-повторам, а средние участки разные, их последовательности соответствуют спейсерам. Если теперь в клетку сунется вирус, в ДНК которого есть участок, соответствующий одному из спейсеров, то одна из коротких молекул РНК узнает ДНК этого вируса – просто по правилу комплементарности (ведь РНК – это фактически копия вирусной ДНК). А после узнавания в дело вступает специальный белок (его называют Cas, и он является существенным компонентом CRISPR-системы), который раскусывает ДНК вируса в месте узнавания. И все, больше нет вируса, клетка спасена.
«Мы похожи на людей, которые тыкают пальцем в черную занавеску, пытаясь во что-то попасть, но что за этой занавеской, никто не знает».Константин Северинов
Но это не значит, что бактерия и все ее потомки навеки гарантированы от заражения: вирус тоже не дремлет. Он мутирует, изменяя время от времени последовательность букв-оснований в своем геноме. И когда он случайно изменит хоть одну букву из тех, что записаны в спейсере CRISPR-кассеты, вирус снова станет победителем, а бактерия останется безоружной, пока не подцепит себе новую охранную грамоту – дополнительный спейсер – от того же паразита.
Таким образом, если есть хоть одно несоответствие между фрагментом ДНК вируса и CRISPR-спейсером бактерии, защиты не будет. К чему такая точность? Дело в том, что определенная последовательность из тридцати-сорока нуклеотидов – автограф вируса, оставленный в виде спейсера, – по статистике вряд ли случайно встретится на бактериальной хромосоме. Но если допустить возможность хотя бы одной опечатки, вероятность случайного совпадения с какой-нибудь последовательностью ДНК бактерии резко возрастает, a это может привести к автоиммунному ответу. Другими словами, чтобы система CRISPR не начала случайно громить хромосому бактерии, она должна работать очень точно и быть чувствительной даже к единичным несоответствиям между ДНК вируса и последовательностью спейсеров.
Но при чем тут генная медицина, спросите вы. Это важный вопрос, потому что многие люди, которые занимались системой приобретенного иммунитета CRISPR – и я один из них, – тоже не сразу поняли, при чем тут генная медицина, и прошляпили открытие своей жизни. Тем временем чуть больше года назад в журналах Science и Nature пошли одна за другой статьи с названиями типа «Использование системы CRISPR для редактирования человеческого генома». И вот это уже имеет к генной медицине самое непосредственное отношение.
Вспомним: что такое генная медицина? И что такое генетические болезни?
Человек оказывается носителем генетического заболевания, если генетическая информация, кодирующая какой-то определенный белок его организма, оказывается изменена. Возьмем, к примеру, болезнь, которая называется «серповидно-клеточная анемия», – это болезнь крови, которая распространена в Центральной Африке. У страдающих этой болезнью клетки крови, эритроциты, имеют не обычную форму диска, а вытянуты в одном направлении – из-за этого они нередко закупоривают капилляры. Причина в том, что у таких больных в одной из копий гена гемоглобина – полученной или от отца, или от матери, – есть единственная ошибка: буква G заменена на Т. Из-за этого меняется последовательность аминокислот в гемоглобине, одна аминокислота оказывается замененной на другую. Измененный белок перестает быть растворимым, его молекулы связываются друг с другом и образуют длинные жесткие нити, распирающие клетку изнутри, придавая ей странную форму.
Похожим образом устроены и более сложные генетические болезни, такие как рак. В раковой клетке тоже возникают генетические изменения, и в результате она начинает бесконтрольно делиться, другое изменение приводит к злокачественности, способности метастазировать и так далее. Серия таких изменений в конечном счете обеспечивает развитие болезни.
Как лечить генные болезни? Принципиально вопрос несложный: фактически лечение генетических болезней – это редактирование. Представьте себе, что наш геном – это книга, в которой написано, что это вы. Нужно найти в этой книге опечатку и ее исправить. Принципиально все просто, но на самом деле все очень сложно, потому что размер генома человека – около трех миллиардов букв. Это тысяча произведений размером с «Войну и мир». Нам нужно каким-то образом пролистать их, найти одну-единственную опечатку, ответственную за болезнь, и исправить ее. Причем нужно сделать это очень точно, ведь могут быть похожие генетические слова, а вы хотите исправить опечатку именно здесь и не испортить все остальное.
Тут и приходит на помощь система CRISPR. Мы уже сказали, что она способна узнавать генетические слова длиной в тридцать-сорок букв с точностью до одной-единственной буквы. И люди, которые помнили про генную медицину, решили: чем черт не шутит, давайте засунем в человеческую клетку бактериальный Cas-белок и снабдим его РНК, спейсерный участок которой будет соответствовать участку человеческого гена, нуждающегося в корректировке.
Дальнейшее – дело техники: РНК найдет опечатку, бактериальный Cas-белок перекусит хромосому, а уж после этого в дело вступают наши собственные защитные системы: поврежденная нить ДНК восстанавливается по правильной нити из хромосомы, полученной от другого родителя.
Таким образом, оказалось, что люди, занимавшиеся иммунитетом у бактерий, сами того не подозревая, изобрели новый метод генной инженерии – генную хирургию. С помощью этого метода уже сейчас люди лечат болезни, – пока на мышах, но дело дойдет и до людей. В течение ближайших пары лет метод пойдет в клинические испытания.
Выводы и уроки
У широкой публики существует целый ряд предубеждений, касающихся природы научного знания. Во-первых, считается, что путь науки – это непрерывное поступательное движение от незнания к знанию, и каждый новый научный факт раз и навсегда ложится кирпичиком в фундамент этой грандиозной, рациональной и внутренне логичной конструкции. Во-вторых, многие полагают, что если бросить все силы и средства на какое-то научное направление, рано или поздно на этом направлении произойдет научный прорыв и будут открыты новые фундаментальные факты о природе. В-третьих, считается, что в свете этих фундаментальных фактов неизбежно откроются новые возможности практического применения науки на пользу человека, в результате чего жизнь станет лучше и веселее.
Пример исследования, который я привел в этой лекции, доказывает, что все три пункта не обязательно соответствуют реальности.
Во-первых, научные открытия, а вернее, их интерпретации редко оказываются вечными и неизменными. Дельбрюк и Лурия, открывшие спонтанный характер мутаций, и не подозревали, что их опыт стал успешным благодаря случайности – удачному выбору бактерии. Новый виток науки поставил их результат под сомнение, а затем спонтанность мутаций снова стала неоспоримым постулатом, но уже обогащенным новыми фактами, исключениями, частными случаями и парадоксами, из которых, в сущности, и состоит любая научная теория.
Во-вторых, невозможно предвидеть, какие открытия принесут немедленную практическую пользу, какие сработают только через полвека, а какие и вовсе останутся лишь главой в учебнике. Поэтому бросать все средства на одно направление – сомнительная идея. В 1970-х годах в США были выделены огромные средства на борьбу с раком. В рамках этой программы были проведены масштабные исследования, получено множество важных результатов. Но один из самых важных результатов, на котором теперь основаны многие методы диагностики и терапии, был получен человеком, не имевшим к этой программе никакого отношения. В то время как все изучали опухолевые клетки, Томас Чек, будущий нобелевский лауреат, изучал одноклеточный организм – инфузорию тетрагимену. И именно оттуда пришло открытие каталитических свойств РНК и понимание того, как работает теломераза – белок, обеспечивающий бессмертие раковых клеток.
Томас Роберт Чек – р. 1947 – Американский молекулярный биолог. Лауреат Нобелевской премии 1989 г. по химии (совместно с Сидни Олтменом) «за открытие каталитических свойств рибонуклеиновых кислот».
Генная хирургия, о которой мы говорили выше, – другой пример подобного парадокса. Никто и предположить не мог, что изучение одного странного участка генома молочнокислой бактерии даст в руки ученых мощнейший инструмент, способный исправлять ошибки на хромосомах больных людей, в частности, ошибки, вызывающие рак. Если бы те исследователи, которые начинали разрабатывать эту область, подали заявку на участие в программе по борьбе с раком, они гарантированно получили бы отказ. Да и откуда им было знать, куда заведет их дорожка познания, по которой им вздумалось пойти.
В-третьих, наука вовсе не всегда идет от теории к практике и не каждое фундаментальное открытие приносит немедленную пользу людям. История CRISPR как раз с практики и началась. Никто и предположить не мог, что борьба специалистов Danisco с биотехнологическим пиратством приведет к открытию фундаментального значения – примеру наследования приобретенных признаков и механизму наследственного иммунитета у бактерий. Еще в меньшей степени можно было ожидать, что это открытие буквально за несколько лет шагнет в совершенно другую прикладную область – поможет изобрести метод лечения некоторых видов лейкемии.
Результаты научных исследований по природе своей непредсказуемы. Мы изучаем неизведанное: мы похожи на людей, которые тыкают пальцем в черную занавеску, пытаясь во что-то попасть, но что находится за этой занавеской, никто не знает. Предвидеть, где ждать прорыва или, в нашем примере, какой «тык» будет удачным и достигнет цели, невозможно. Мы можем лишь заниматься наукой и надеяться, что наша работа позволит отодвинуть границу непознанного. А двигать нами при этом должен простой научный интерес – желание узнать, что же там, за занавеской.