Как ГМО спасает планету и почему люди этому мешают - Анна Витальевна Иванова

вот беда: одних только природных антибиотиков огромное множество. А кроме них бактерии могут угрожать и другие опасности. Если все инструкции по выживанию постоянно носить с собой – в своем основном геноме, то со временем хромосома бактерии так увеличится, что на ее репликацию – удвоение в процессе деления бактерии на две новых – будет требоваться очень много времени. А это для бактерии недостаток.

В таких условиях гены «противотанковых гранат», «бронежилетов», «маскхалатов» и «противогазов» с собой на всякий случай таскать не станешь. Вот было бы хорошо хранить их где-то отдельно и доставать лишь по необходимости… С такой непростой задачкой эволюция отлично справилась. И один из ее весьма элегантных способов решения проблемы – плазмиды, о которых мы поговорили выше.

Если бактерия живет в условиях, где присутствует некий антибиотик, то держит внутри плазмиду, в ДНК которой записаны гены – инструкции по выживанию в этой среде. С этих генов считываются и синтезируются ферменты, которые и защищают бактерию от данного антибиотика. Если же антибиотик из среды исчезает, то и плазмида становится больше ненужной. А значит, ее просто можно случайно потерять без каких-либо для себя последствий[61].

Бактерия может обзавестись плазмидой разными способами. В первую очередь, получить в наследство от родительской клетки. Но это не все. Например, она может подобрать что-то кем-то выброшенное. Этот путь называется трансформацией: бактерия, находясь в определенных условиях, захватывает плазмиду из внешней среды. Или, например, может «попросить» себе копию чужой плазмиды напрямую у соседки. Такой путь осуществляется при помощи процесса конъюгации – аналога полового размножения у бактерий. Только в результате страстных отношений не появляется общий бактериальный малыш, теща и ипотека, а лишь копии генетического материала одной бактерии оказываются внутри второй. Помогать плазмидам перемещаться могут и вирусы бактерий – бактериофаги. Такой процесс вирусного горизонтального переноса называется трансдукцией. И даже это не все доступные способы![62]

Кстати, горизонтальный перенос возможен не только среди бактерий одного вида, но и с бактериями другого вида, и даже с археями[63], [64]. Таким образом гены, которые позволяют одним бактериям быть устойчивыми к какому-то антибиотику, могут появиться даже у вида, который ранее не мог против этого антибиотика сопротивляться[65]. Бактерии, которые собрали целую коллекцию защитных плазмид, могут быть устойчивы ко множеству разных антибиотиков. Так рождаются бактерии-суперзлодеи, против которых сегодня почти невозможно найти лекарства. Они могут встречаться в помещениях больниц, где регулярно контактируют с антибиотиками, а потому реже теряют свои плазмиды и соответственно суперзлодейские качества[66].

Часто исходная бактерия может не уничтожить (или выгнать) полностью попавший в нее антибиотик, но только его определенную дозу. Если антибиотика попало мало – она ослабнет, но выживет, а если много – погибнет. Такая «недобитая» бактерия даст следующее поколение, которое сможет защищаться от такого малого количества антибиотика, но более того – случайные мутации могут эту защиту усилить. Так, если в среде все это время будет оставаться антибиотик, правнуки первой бактерии будут еще более устойчивы, чем внуки. А их правнуки – еще более… Пока в один прекрасный (не для нас) день этому штамму такой антибиотик будет совсем не страшен[67]. Отсюда следует очень важное правило: не стоит принимать антибиотики без назначения компетентного врача, чтобы не делать свой вклад в создание супербактерий, против которых антибиотики будут уже бессильны. Однако последние годы в науке есть некоторые споры о том, обязательно ли следует проходить весь назначенный курс до самого конца или останавливать прием по достижении улучшения, и какая стратегия эффективнее уменьшает общий вклад в развитие антибиотикорезистентности у бактерий. Тем не менее текущими медицинскими рекомендациями все-таки является прохождение полного назначенного курса[68].

Мир самого ближайшего будущего без антибиотиков представить очень страшно, а ведь именно таким он был еще сравнительно недавно. Это будет мир, где простое удаление зуба будет равняться по опасности операции на сердце, а бактериальные осложнения после любой болезни или процедуры вновь станут для нас смертельно опасны.

Новые антибиотики появляются очень редко. Их разработка чрезвычайно дорогая, а все этапы исследования занимают многие и многие годы. При этом ученые находятся в постоянной гонке: к моменту выхода нового антибиотика на рынок он уже может оказаться неэффективным, так как за время разработки и тестирования к нему уже была выработана резистентность[69]. Не очень оптимистичное вышло окончание у главы, добавим к нему ложку меда: сегодня ученые ищут принципиально новые решения на замену антибиотикам. Мне очень любопытно узнать, что из этого получится.

2.3. «Тот, кто нам мешает, тот нам поможет!»[70]

Представьте себя кинооператором эпохи пленочного кино. Вы снимаете сцену, в которой рыцарь стремительно скачет на лошади, скажем, в гости к дракону. Одновременно вы хотите показать, что дракон готовится ко встрече с рыцарем – чашки там на столе расставляет, варенье из сосновых шишек переливает в подаренные бабушкой блюдца. А рыцарь в это время скачет, плащ развевается, у коня из ноздрей пар валит – красотища! И что, ради смены плана на пещеру дракона останавливать на скаку рыцаря, а затем просить его продолжить свой путь с тем же решительным настроем? Ну уж нет! Есть другой выход, и «это называется монтаж!» – как объяснял мистер Джонни Фест своей нетерпеливой даме сердца[71]. То есть кинопленку в нужном месте разрезают, а между двумя получившимися ее частями вставляют кусочек другой пленки с нужной сценой. Вот хорошо бы уметь «делать монтаж» в геномах разных организмов, чтобы добавлять и убирать из них гены по своему желанию!

Ученые мало чего придумывают сами. Чаще они подсматривают за природой, заимствуют ее механизмы, улучшают и добавляют их в свой арсенал. Так они поступили и при решении этой задачи. Как и нам, бактериям угрожают вирусы. Только вирусы у них специальные, бактериальные, и зовутся они бактериофаги. Бактериофаги превращают бактерию в завод по производству собственных вирусных копий, заставляя забыть обо всех собственных делах. Поэтому бактериям необходим некий механизм борьбы с интервентами. Что же они придумали?

Итак, вирус – это защитная белковая оболочка – капсид – и молекула ДНК или РНК внутри нее. Во время путешествий вирусный генетический материал упакован в капсид, но при проникновении в клетку капсид остается снаружи – как мокрое пальто на вешалке у входа в дом. В саму клетку проникает только молекула, поэтому эволюция выбрала такой подход: каждая проникающая в клетку молекула ДНК (или