О чем мечтают генетики
[stextbox id=»custom»]Николай ДУБИНИН» академик, директор Института общей генетики АН СССР, лауреат Ленинской премии
Материал: Техника Молодежи 1968 г. № 6[/stextbox]
Революция в естествознании, начатая на заре нашего века созданием теории относительности и квантовой механики, продолжается. В последнее время на смену физике, как лидеру современного естествознания, шаг за шагом приходит биология. Проникновение в глубины атомного ядра привело к созданию атомной энергетики. Но раскрытие секретов атома наследственности – гена, даст нам еще большую власть над природой.
Я не берусь предсказывать, какие именно открытия будут сделаны генетиками в ближайшие 50 лет. Можно говорить лишь о проблемах, которые должны быть решены в будущем. Сложность этих проблем такова, что, полагаю, на их решение уйдет не одно десятилетие.
К концу нашего века население Земли удвоится. Чтобы его прокормить, необходимо в ближайшие 30 лет удвоить сбор зерновых, а продуктивность животноводства поднять раз в десять. Генетики уже дали сельскому хозяйству новые методы повышения урожайности растений и продуктивности животных. Это, во-первых, управление развитием гибридов от специально подобранных родителей (гетерозис) и, во-вторых, направленное увеличение числа хромосом в клетке (полиплоидия). Гибридная кукуруза, гибридные формы овощных культур, полиплоидная сахарная свекла позволили поднять урожайность этих культур на 10—30%. Ближайшая задача — резко повысить урожайность главной продовольственной культуры мира — пшеницы. В животноводстве генетики уже добились увеличения продуктивности кур, крупного рогатого скота и других животных. Однако предстоит сделать во много раз больше.
Как известно, пенициллин и, многие другие антибиотики получают с помощью микроорганизмов. Но не все знают, что общедоступность этих ценнейших лекарственных средств — заслуга генетиков. Именно они вывели новые разновидности микроорганизмов, которые дают в сотни и даже тысячи раз больше антибиотиков, чем их прародители.
Но почему же только антибиотики? Уже сейчас с помощью микроорганизмов получают, например, белки из нефти. А если вырастить новые высокопродуктивные «породы» микроорганизмов — вывести направленно, специально для этой цели? И получать из той же нефти и витамины, и аминокислоты, и белки, и все это отличного качества и в огромном количестве? Многие ученые полагают, что таким путем можно будет удовлетворить не только все потребности человечества в пище, но и обильно обеспечить сырьем легкую промышленность.
Марсиане из романа Герберта Уэллса «Борьба миров» уничтожили на своей планете все болезнетворные микроорганизмы и стали полными хозяевами всей биосферы. Роль человека в эволюции живого мира на Земле пока что значительно скромнее. Люди вывели немало культурных сортов растений и пород животных. Ряд диких видов был истреблен. Некоторые находятся на грани уничтожения. Кроме того, человек загрязняет воздух и воду отходами промышленных предприятий. В остальном эволюция жизни продолжается под действием естественных законов природы. А ведь многие стихийные процессы в живой природе направлены против человека и его деятельности. Мы защищаемся от болезней прививками, а вирусы гриппа, например, образуют новые разновидности, против которых у нас нет иммунитета. Это приводит к эпидемиям, охватывающим чуть ли не весь мир. Мы выводим новые сорта растений, невосприимчивые к грибным и другим заболеваниям, а их возбудители меняются и в результате поражают даже те сорта, которые раньше были совершенно невосприимчивы к этим болезням. Пассивная защита от враждебных организмов не может нас удовлетворять. Перед человечеством стоит грандиозная задача — наладить контроль, научиться управлять эволюцией всей жизни на нашей планете. И не только на поверхности материков, но и в Мировом океане. Процесс, который сегодня подчиняется лишь законам наследственности, изменчивости и естественного отбора, должен стать одной из сфер сознательной деятельности человечества.
Немыслимо снабдить продуктами питания и кислородом космические корабли «дальнего следования». Необходимо иметь на борту целый мир живых существ, имитирующих круговорот веществ на Земле. Растения должны очищать атмосферу корабля от углекислого газа и обогащать ее кислородом, какие-то группы организмов — обеспечивать питание космонавтов и санитарию внутри корабля. На нашей планете нет живых существ, способных обеспечить такую замкнутую систему на космическом корабле, — их нужно создать.
Высадившись на Марсе, космонавты, возможно, встретят там незнакомые нам формы жизни. Каковы они? Основываются ли, как и у нас, на взаимодействии ДНК, РНК и белков? Или там нечто совсем иное? От ответа на эти коренные вопросы зависит все представление о сущности жизни и понимание законов ее развития во вселенной.
До сих пор генетики, создавая новые формы живых существ, чаще всего поступали так: сначала радиационным и химическим воздействием увеличивали количество разнообразных мутаций, а затем при помощи отбора, скрещивания и других селекционных методов выводили новый сорт растения или породу животных. И хотя этот путь дал уже немало ценных результатов, генетики мечтают о том времени, когда удастся вызывать направленные мутации, то есть сразу получать организмы с заранее заданными наследственными признаками. Расшифровка генетического кода позволяет надеяться, что время это не за горами.
Генетики мечтают о том времени, когда наследственность новых живых существ будет рассчитываться заранее, как рассчитывается сейчас конструкция, скажем, самолета. Первые шаги в этом направлении уже сделаны.
Шифр наследственности, записанный на молекулах ДНК, можно уподобить чертежу будущего организма, точнее — магнитной записи этого чертежа. Рассматривая такую запись, никак не скажешь, какой именно чертеж «закодирован» на магнитной ленте — самолета или автомобиля: не видно ни крыльев, ни мотора. Точно так же в молекуле ДНК вы не увидите зачатков глаз, рук или сердца. Здесь записана лишь информация о том, как их строить.
Леонардо да Винчи сделал набросок вертолета задолго до того, как вертолет был построен. И дело не в несовершенстве этого наброска. Даже если бы у Леонардо был точный чертеж современного вертолета, построить его в то время он бы не смог. Сам по себе чертеж не превращается в машину. Для этого необходим соответствующий завод, а порой и целый комбинат. Точно так же, чтобы по записанной на молекуле ДНК наследственной информации был построен новый организм, нужна живая клетка, которая по сложности превосходит самый сложный завод.
Как по чертежу на заводе строится, например, самолет, мы знаем. А вот как из зародышевой клетки развивается новый организм, состоящий из десятков миллиардов разнообразных клеток?
Тайны жизни не сводятся к строению молекул ДНК, РНК и белков, но для раскрытия этих тайн строение таких молекул знать необходимо.
Около двух лет назад синтезирована первая белковая молекула — гормон инсулин. Полностью расшифровано строение двух важных белков — дыхательных пигментов крови и мышц — гемоглобина и миоглобина. Раскрыто пространственное расположение каждого из тысяч атомов в молекуле фермента лизоцима. Найден активный центр этого фермента, ответственный за каталитическое действие. Но предстоит главное — полностью во всех деталях расшифровать код наследственности у различных живых организмов, научиться так же свободно читать его, как хороший конструктор свободно читает чертежи.
Ни крылья самолета, ни его мотор сами по себе летать не могут. Способность к полету — это новое качество, которым обладает лишь целый самолет, а не любая из его частей. Живая клетка — это тоже единое целое. Вне клетки молекулы ДНК, РНК и белков сами по себе не являются живыми. Лишь особое их взаимодействие порождает высшую форму движения — жизнь.
На авиационном заводе каждая деталь будущего самолета изготавливается отдельно, и лишь затем из разрозненных деталей собирается самолет. А вот сложнейший многоклеточный организм развивается из одной-единственной оплодотворенной зародышевой клетки. Каким образом происходит это развитие? Только решив все эти задачи, биологи подойдут к управлению наследственностью. В том числе и наследственностью самого человека.
Четверо ив каждой сотни родившихся детей появляются на свет с тяжелыми врожденными дефектами: шизофренией, пороками сердца и многими другими. Эти болезни лечатся с трудом или совсем недоступны современной медицине. Развившаяся за последние 6—7 лет цитогенетика человека показала, что причина наследственных болезней — нарушение строения хромосом в ядре клетки. Например, расстройство обмена аминокислоты — фенилаланина вызывает такую болезнь, как фенилкетонурия. Если ее не лечить, то ребенок вырастает слабоумным. Лечение сводится к диете, в которой ограничивается содержание фенилаланина в пище. Со временем необходимость в диете отпадает, и взрослый человек выглядит абсолютно здоровым. Но его дети могут рождаться больными. Ведь в хромосомах их зародышевых клеток сохранились пораженные гены».
Представьте себе, что с конвейера сходят машины, построенные по неверному чертежу. Если ошибки не очень велики, можно, конечно, исправлять их отдельно в каждой готовой машине. Но завод, тем не менее, будет по-прежнему выдавать все новые и новые дефектные конструкции. Не лучше ли внести исправления в сам чертеж?
Пока что лечение детей, больных фенилкетонурией, очень похоже на ремонт машин, изготовленных по неверному чертежу. Конечно, лучше было бы ликвидировать причину наследственных заболеваний на генетическом уровне. Но как это сделать?
В ядрах клеток раковых опухолей хромосомы оказываются измененными, испорченными. Так, быть может, причина рака — мутации в хромосомах клеток тела? Пожалуй, большинство наследственных заболеваний человека вызываются мутациями генов.
Когда удастся найти способы направленного — по заданной программе — получения нормальной структуры данного гена, будут полностью искоренены все наследственные болезни, а также и рак.
Трудно предусмотреть будущие возможности человека в управлении наследственностью. Недавно в Ствифордском университете (США) группа профессора А Корнберга добилась синтеза «живой» молекулы ДНК в контролируемых условиях. Это показывает, что искусственный синтез генов — дело недалекого будущего. Вначале это будут гены вирусов и бактерий, а затем наступит очередь и более совершенных организмов.
Записал Ц, КЛЛЧКО, спец. корр.
Рисунки: К Кудряшова
