Цивилизация
После того как в середине XX века было доказано, что материальной основой наследственности является ДНК, ученые стали предпринимать целенаправленные попытки повлиять на геном. Однако до появления практической генной инженерии прошло ещё не одно десятилетие. Сначала ученым понадобилось полностью расшифровать генетический код: надо же было разобраться, что вставлять в геном. Потом ещё некоторое время ушло на то, чтобы создать первый вектор-носитель, которым стал вирус SV40. Первыми испытуемыми стали бактерии, через несколько лет удалось добиться результатов и с культурой эукариотических клеток, но наглядная демонстрация мощи трансгенных технологий — всё-таки получение здоровых животных со встроенным геном.
Что может лучше подойти для этой цели, чем зелёный флуоресцирующий белок, когда-то выделенный у медуз? Обнаружить его в тканях не составляет труда, да и со скучными скептиками всегда легче бороться, показывая им диско-порося или светящуюся кошку. Благодаря работе Эрики Сасаки из центрального института экспериментальных животных в японском Кавасаки и её коллег
на этой неделе список животных, светящихся под действием ультрафиолета, пополнили первые приматы. Ими стали обыкновенные игрунки (Callithrix jacchus).
Более того, авторам публикации в Nature удалось вырастить сразу пять светящихся обезьянок и даже получить светящееся потомство от одной из них. То есть закрепить встраиваемый ген в геноме.
Несмотря на то что первые трансгенные мыши были созданы больше десяти лет назад, а в последние годы успехом завершились аналогичные манипуляции с геномом крыс, кроликов, собак, кошек, свиней и даже коров, получить аналогичные результаты на приматах долгое время не удавалось. Проблему «хрупкости» эмбрионов обезьян вроде бы удалось решить полтора года назад: тогда группа Шухрата Миталипова получила линию эмбриональных стволовых клеток из клонированной зиготы. Залогом успеха весьма неожиданно стал процесс визуализации клеток — ученые отказались от повреждающего красителя, работая только в поляризованном свете, и клонирование удалось.
Сасаки и её коллегам тоже пришлось искать пути оптимизации: японские ученые подвергали атаке SV40 зиготы, полученные в результате не искусственного, а естественного оплодотворения. Вместо того чтобы смешивать сперматозоиды и яйцеклетки в пробирке, а потом трансфецировать зиготу, исследователи дожидались обычного оплодотворения, потом вылавливали «потомство» на одноклеточной стадии из половых путей животных и встраивали ген зеленого флуоресцирующего белка уже в него. Это повысило частоту встраивания в геном с 80% почти до 100%. И только потом зигота подсаживалась суррогатной матери для дальнейшего развития.
Всего же японцы пересадили 80 эмбрионов 50 обезьянкам, добившись 7 беременностей с рождением 5 здоровых детенышей.
Процент успеха не настолько низкий, как может показаться на первый взгляд. Во-первых, суррогатное материнство сказывается на «приживаемости» пересаженных зигот, а во-вторых, пребывание в пробирке непредсказуемо сказывается на клетке. Даже при отработанной технологии экстракорпорального оплодотворения у человека, когда яйцеклетки берут у той же матери, которой потом подсаживают аж 3 эмбриона, вероятность беременности составляет около 20%.
Но главной темой для обсуждения стала вовсе не результативность, а применимость полученной модели на практике. Безусловно, зеленый белок в данном случае — лишь наглядная демонстрация возможностей, вместо него можно легко встроить и дефектный ген и, наоборот, ген, в норме отсутствующий у этого вида. Обычно, кстати, эти гены все равно соединяют с геном зеленого белка, чтобы было легче отследить эффективность встраивания: там, где ткани позеленели, там, значит, есть и основной продукт. Так что переход от иллюстративности к функциональности — даже не вопрос времени.
Но есть ли в этом необходимость?
Миталипов и его коллега Геральд Шаттен, ведущие специалисты в области клонирования, в комментарии к этой статье в Nature, отмечают, что «приматность» этой модели может не соответствовать своему названию. Несмотря на то что игрунки — уже приматы, и прогресс технологии по сравнению с теми же мышами, безусловно, налицо, изучать процессы в человеческом организме на игрунках не намного эффективнее.
Дело в том, что игрунковые относятся к широконосым обезьянам Нового Света, достаточно далеким от человека. В отличие от тех же мартышек, их трудно инфицировать нашими вирусами. Да и маленький размер мозга, структуры которого трудно различимы при томографии, вкупе с относительно низкими интеллектуальными способностями делают этих обезьянок малопригодными для изучения высшей нервной деятельности.
Кроме того, в своей работе Сасаки использовала вирус, встраивающий свой геном в случайный участок (а иногда и несколько участков) генома обезьянки. И здесь на первое место по важности выходит даже не вирусная ДНК, потенциально способная повлиять на генетические перестройки в зиготе, а случайность всего процесса. С одной стороны, ген зеленого белка может встроиться в «пассивный участок» генома, с другой, наоборот, три-пять встроенных копий могут пересытить клетку продуктом синтеза.
На мышах же ученые давно сменили вирусные вектора на гомологичную рекомбинацию, при которой вводимая ДНК обменивается местами с участком хозяйской за счет частичного сходства «прилипающих концов». Поскольку последовательность нуклеотидов уникальна, то и участок генома можно выбрать на свой вкус.
Все вышесказанное ни в коей мере не мешает восхититься технологическим гением японских исследователей, которые, стоит надеяться, в скором времени найдут способ повторить свой успех на более близких человеку видах. Очередной шаг в этом направлении сделан.