Эта новая технология может уничтожить целые виды. Что это - волшебная пуля или генетическая атомная бомба?
Ежегодно от малярии, передаваемой комарами, умирает более 600 000 человек, большинство из них - дети в возрасте до пяти лет. Некоторые насекомые, являющиеся переносчиками заболеваний, такие как комары, в настоящее время расширяют свой ареал обитания по всему миру, создавая новые угрозы. Генная инженерия может решить эту проблему путем постоянного изменения генов насекомых с помощью так называемого генного драйва.
Эта технология позволяет выбранному набору генов определенным образом изменить биологию животного, например, заставить его производить стерильное потомство. Неспособность к воспроизводству затем распространяется на всю популяцию, нарушая законы наследования. Гены копируют себя экспоненциально из поколения в поколение, быстро становясь доминирующими во всей популяции. Потенциально их осторожное использование может спасти миллионы жизней, сделав комаров неспособными переносить малярию или полностью уничтожив насекомых. Возможность окончательного решения проблемы основных инфекционных заболеваний является убедительным аргументом в пользу такого технологического решения.
Тем не менее, не нужно быть луддитом или писателем технотриллеров, чтобы представить, что все может пойти не по плану. Экология сложна, и тонкий баланс экосистем может быть серьезно нарушен. Плохо спроектированный генный драйв может даже перейти на близкородственных животных, которые, например, не переносят заболевания, создавая разрушительный каскад.
Остин Берт из Имперского колледжа Лондона придумал генный драйв в 2003 году. Он представил себе систему, в которой ген производит фермент для разрезания ДНК (эндонуклеазу), который точно нацелен на хромосомное расположение кодирующего его гена. Такие системы встречаются в природе у грибов, но не у животных.
Когда особь, несущая две копии такого гена, спаривается с другой, не имеющей ни одной, все потомство изначально имеет только одну копию гена на хромосоме, унаследованной от родителя с геном-драйвером. Но вскоре после оплодотворения нуклеаза разрезает последовательность ДНК на другой хромосоме родителя, не несущего ген, в точном месте расположения генного драйва. Затем клетка использует неповрежденную хромосому для восстановления пробела в последовательности ДНК другой хромосомы. Если раньше была только одна копия гена, то теперь в каждом потомстве их две. То же самое произойдет в следующем поколении и в следующем; частота гена в популяции будет расти экспоненциально.
Затем Берт понял, что если соединить один из этих генов эндонуклеазы с геном, вызывающим стерильность или делающим комара невосприимчивым к малярийному паразиту, то теоретически можно внедрить этот признак в популяцию, полностью уничтожив комаров или сделав их больше не переносчиками малярии. Успех имел бы огромные последствия для здоровья человека. Но проблема заключалась в том, как внедрить ген эндонуклеазы и связанную с ним генетическую нагрузку в такое место генома, где она будет работать безопасно, не влияя непреднамеренно на другие аспекты физиологии животного.
После появления в 2013 году технологии редактирования генов на основе CRISPR эта мечта стала реальностью. А в 2015 году исследователи из Калифорнийского университета создали в лаборатории генный драйв у безобидной мушки дрозофилы, который просто заставил глаза всех мушек пожелтеть. Они заявили, что создали "мутагенную цепную реакцию".
Другими словами, они создали то, что можно считать "генетической атомной бомбой". Если бы одну из таких бомб выпустили в природу, ее невозможно было бы остановить.
Исследователи по всему миру вскоре разработали генные драйвы в комарах. В лабораторных условиях благодаря генному драйву большие популяции комаров исчезли менее чем за год. Никаких технических препятствий для применения такой генетической бомбы, по крайней мере, у насекомых, не существует. Огромные проблемы сохраняются при создании генных драйвов у млекопитающих (на данный момент их не существует) из-за того, как их клетки реагируют на разрывы в ДНК в разные моменты жизни клетки. Генетический элемент природного происхождения, который демонстрирует некоторые особенности поведения генного драйва, недавно был использован у мышей, но до сих пор не доказано, что он может изменить ДНК целой популяции. Из-за этих технических трудностей может оказаться невозможным использовать эту технологию, скажем, для уничтожения инвазивных грызунов.
В ответ на потенциальную экологическую угрозу генных драйвов Национальные академии наук, инженерии и медицины США создали комитет для изучения этого вопроса при поддержке основного агентства, финансирующего исследования генных драйвов, - Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA). Это агентство, входящее в состав Министерства обороны, проявляет повышенный интерес к потенциалу технологии как угрозе безопасности. После анализа как возможных преимуществ, так и огромной неопределенности в отношении того, что может произойти в случае распространения генного драйва в дикой природе, вывод отчета комитета за 2016 год был однозначным: "В настоящее время нет достаточных оснований для поддержки выпуска модифицированных генным драйвом организмов в окружающую среду".
Это заявление не сняло всех опасений. Пионер генного драйва Кевин Эсвельт из Массачусетского технологического института предсказал, что к 2030 году произойдет утечка из лаборатории или какой-либо другой инцидент, связанный с генным драйвом. "Это будет не биотерроризм, но это станет биотерроризмом", - сказал он в 2016 году. По его мнению, нормативно-правовые гарантии и участие общественности должны быть предусмотрены с самого начала рассмотрения вопроса об использовании этой технологии.
Непосредственно перед специалистами по биоэтике и регулирующими органами стоит вопрос о том, следует ли вообще выводить генные драйвы из лаборатории. Основным международным документом, касающимся генных драйвов, является Конвенция ООН о биологическом разнообразии. Из всех стран-членов ООН только США не подписали эту конвенцию и вряд ли подпишут. Исследователи Стэнфордского университета, в том числе Фрэнсис Фукуяма, призывают к созданию органа по регулированию генного драйва по аналогии с органами, устанавливающими стандарты, такими как Международная организация гражданской авиации (ICAO). Но ICAO была создана в 1947 году, когда у стран был аппетит к международному регулированию. Регулирование генных драйвов потребует глубоких политических изменений во всем мире и, в частности, в США.
Противники генных драйвов, обеспокоенные потенциальным экологическим ущербом и с подозрением относящиеся к DARPA и другим финансирующим организациям, призывают к мораторию на исследования. Тем не менее, исследования продолжаются, но, по общему мнению, прежде чем рассматривать возможность выпуска какого-либо продукта, необходимо провести оценку экологических рисков и обеспечить активное участие заинтересованных сообществ. Из-за потенциальных последствий для окружающей среды люди должны дать так называемое свободное, предварительное, информированное согласие.
В настоящее время ведутся активные работы по проверке того, что может произойти, если генные драйвы будут допущены в дикую природу. В 2021 году исследователи Имперского колледжа Лондона, финансируемые Target Malaria, некоммерческим исследовательским консорциумом, который сам финансируется Фондом Билла и Мелинды Гейтс, определили восемь основных экологических эффектов генных драйвов, которые могут проявиться по 46 направлениям.
Среди потенциальных проблем, которые они исследовали, была вероятность того, что генный драйв может распространиться на значимые нецелевые виды, что приведет к снижению их численности или ухудшению состояния экосистемных функций, в которые они вносят свой вклад. Существует также риск, что генный драйв может произвести неожиданные генетические изменения в целевом виде, например, сделать его способным выдерживать более широкий диапазон условий окружающей среды, что приведет к распространению насекомого, распространяющего заболевание, вместо его уничтожения. Каждая возможность должна быть проверена в полевых условиях, прежде чем будет принято решение о внедрении генетически измененных насекомых, даже при поддержке местного населения.
Получить согласие общественности оказалось довольно сложно. С разрешения правительства Буркина-Фасо компания Target Malaria в июле 2019 года выпустила комаров, не являющихся носителями генов, которые были стерилизованы и помечены флуоресцентным порошком, чтобы выяснить, как далеко они улетели и, соответственно, каков потенциальный риск распространения комаров с генными драйвами за пределы населенного пункта. В местном языке нет слова "ген", поэтому исследователям пришлось придумывать термины. Они также использовали театральную постановку для объяснения проекта, чтобы неграмотность не стала препятствием для понимания и принятия решений.
Тем не менее, из-за недостатка знаний некоторые сельские жители чувствуют себя беспомощными. "Они говорят нам, что собираются искоренить малярию, поскольку мы не ученые, то верим им, но у нас остаются вопросы о будущих рисках", - сказал один фермер в интервью в 2019 году. И как сказала одна женщина: "В любом случае, у нас не будет права голоса, все решения здесь принимают мужчины". Хотя предоставление местным сообществам права вето имеет большое значение, генные драйвы бросают вызов нашим представлениям о том, что такое "местное", поскольку насекомые не уважают границы. Как выразился Кевин Эсвельт,
"выпуск комаров в любом месте - это, скорее всего, выпуск везде".
Жители пораженной малярией деревни, возможно, хотят избавиться от комаров и готовы пойти на все, чтобы спасти жизни своих детей. Но не очевидно, что они должны иметь право решать за весь остальной регион, страну, континент или даже планету. Вот почему необходим некий международный надзорный орган, обладающий правом регулирования, такой как ICAO.
Возможно беспокоиться не о чем: ни одно из насекомых, против которых сейчас ведется борьба, не является единственным источником пищи для любого другого животного. Но малярийный комар Anopheles gambiae поедается десятками различных видов. Если хотя бы некоторые из них немного проголодаются, могут возникнуть непредвиденные экологические проблемы, поскольку хищники, утоляя голод, обратят свое внимание на другие виды добычи, что приведет к дестабилизации хрупкого экологического баланса.
Осторожность в отношении поспешного принятия генного драйва может быть вызвана и тем, что под рукой могут оказаться более простые и менее радикальные решения. ВОЗ одобрила вакцину против малярии в конце 2021 года, и более миллиона африканских детей получили одну или несколько доз в ходе пилотного исследования.
Цели исследователей генных драйвов точны, локализованы во времени и пространстве и похвально гуманны. Никто не собирается устраивать массовый биоцид, но необходимо гарантировать, что генные драйвы будут подвергаться самой тщательной проверке и международному регулированию перед любым внедрением, иначе лекарство может оказаться хуже болезни.
