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

возможности обменяться с кем-то сторонним генами неизменно следует угасание и последующее вымирание[132]. Эти выводы подтверждаются наблюдением за некоторыми симбиотическими бактериями. Для организмов, использующих половое размножение, смешение генов родителей происходит каждый раз в новом потомке. Но до появления полового размножения живые организмы успели захватить в свой геном достаточно сторонней ДНК, чтобы обзавестись на будущее крайне полезными функциями, о которых мы еще поговорим далее.

От времен первой сложившейся цепочки РНК и до смерти последней живой клетки во Вселенной будет идти процесс генетической модификации одних организмов другими. Без цели и движимый волею случая и давлением естественного отбора. Все, что сделало человечество, – это лишь позаимствовало и поставило себе на службу малую часть из умений самой эволюции.

Как старательный ученик, наука повторила за природой. А как действительно хороший ученик, кое-что она научилась делать лучше и эффективнее своего учителя. Лекарства и пищу, помощников и инструменты.

Когда в следующий раз кто-то рядом с вами спросит, зачем только придумали все эти ГМО, неужели нельзя было обойтись без них, вы знаете, что им ответить.

2.8. В дополнение

• Эволюция и медицина. Лекция Михаила Гельфанда. https://www.youtube.com/watch?v=jBhVnZx75_c

• Войны бактерий. Гонки вооружений в эволюции микробов и вирусов. Курс от ПостНауки. https://postnauka.ru/courses/74882

• 12 методов в картинках: генная инженерия. Часть I, историческая. Биомолекула. https://biomolecula.ru/articles/12-metodov-v-kartinkakh-gennaia-inzheneriia-chast-i-istoricheskaia

• 12 методов в картинках: генная инженерия. Часть II: инструменты и техники. Биомолекула. https://biomolecula.ru/articles/12-metodov-v-kartinkakh-gennaia-inzheneriia-chast-ii-instrumenty-i-tekhniki

• Текст Нобелевской лекции Поля Берга «Dissections and reconstructions of genes and chromosomes» Nobel lecture, 8 december, 1980. https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/berg-lecture.pdf

• Прочесть побольше о движении Do-it-yourself biology можно, например, тут: «Генная инженерия на кухне: как работают биохакеры». https://p.dw.com/p/2qETl

Глава 3. Эй, бактерия, посторонись!

Знаете, кто любит дрожжи больше, чем пивовары и пекари? Биотехнологи! Но постойте, мы ведь только что так долго говорили о том, что биотехнологи отдали свои сердца и лаборатории бактериям? Ну что ж, суровая биологическая правда такова, что некоторые дела доверить бактериям мы не можем. Почему так? Поговорим об этом далее.

3.1. На золотом крыльце сидели…

Сначала нам понадобится немного математики. Пусть известно, что длина генома человека около 3 миллиардов букв, а по всей длине нашего генома располагаются, по современным оценкам, от 20 000 до 30 000 генов, кодирующих белки[133]. Также известно, что медиана длины человеческих белков составляет около 375 аминокислот[134]. За одну аминокислоту отвечают 3 «генетические буквы», таким образом, под запись информации о белках в нашем геноме отводится около (3×375)×30 000 = 33 750 000 «символов». Что составляет (33 750 000 / 3 000 000 000)×100 = 1,125 или чуть более 1 % от размера генома. Все остальные почти 99 % занимают разные другие последовательности: различные псевдогены[135], гены, кодирующие не-матричные РНК, регуляторные последовательности, на первый взгляд бессмысленные тандемные повторы, которые генетики удачно приспособили к использованию в тестах на родство… – все это в прошлые годы недальновидно называли просто мусорной ДНК[136]. 99 %! Только представьте себе это число. Кажется, что такое эволюционное «решение» совершенно бессмысленно[137]. То ли дело вирусы и бактерии – каждый нанометр генома плотно забит нужными генами, почти ничего лишнего.

Представьте себе, что вы наняли сотрудника, который 99 % рабочего времени должен просто перекладывать бумажки. Но в 1 % ему нужно принимать очень важные для компании решения, с которыми он справляется просто великолепно. А еще вы знаете, что дома у него по ночам бушует кошка (поверьте мне, это совершенно веская, уважительная, реальная и непоправимая причина!), поэтому раза три в месяц ваш сотрудник приходит на работу настолько невыспавшимся, что способен перепутать ящик собственного стола с холодильником. Сейчас вам захочется возмутиться: ну зачем же нам такой работник! А если он запорет и свои очень важные обязанности? Но мы вновь призовем на помощь математику: в месяце где-то 21 рабочий день, пусть 3 рабочих дня в месяц сотрудник приходит на работу в состоянии, когда он может легко натворить ошибок. Тогда 3/21=1/7 – почти 15 % своего рабочего времени он практически опасен для компании! Уволить!.. Однако вспомним, что вероятность в каждый момент времени принимать важное решение для него всего 1/100. Тогда вероятность испортить ответственное задание составляет (1/100 × 1/7 = 1/700, или 0,0014, или 0,14 %) одну десятую процента! То есть настолько мала, что ею можно пренебречь (а сотруднику посочувствовать и налить большую кружку кофе).

Вот если бы речь шла о сотруднике, что 100 % своего времени принимает важные для компании решения и три дня в месяц каждое из них будет неверным, – это уже действительно опасно для компании.

Вернемся же к разговору про геном человека. Риски ошибки при копировании ДНК в процессе деления клеток довольно велики. Часть из них будет поймана и исправлена, но часть все-таки будет пропущена. И если бы весь наш геном состоял из только полезной нагрузки, все это часто приводило бы к… возникновению новых видов? К сожалению, нет. Ведь ломать – не строить. При таких частых мутациях риски рождения нежизнеспособных детенышей и возникновения раковых заболеваний слишком велики. Короче, вымерли бы такие сложные организмы. Нет, даже еще хуже: они просто не смогли бы развиться до этого уровня сложности. В общем, такое количество «мусора» в геноме эволюцию более чем устраивает[138].

Но откуда же этот мусор взялся? Ошибки и случайности – вот ответ. Где-то по случайности один участок генома скопировался дважды, где-то при половом размножении хромосомы не совсем равномерно разошлись после слияния на одной из стадий образования первой клетки организма-потомка. Какие-то гены неудачно изменялись, становясь псевдогенами. А где-то (в нашем давнем, еще одноклеточном прошлом) и вовсе в геном встроилось что-то от других организмов – горизонтальный перенос, помните? Все это с каждым поколением увеличивало геном. Таким образом, с ростом сложности организма растет и размер его генома.

В отличие от нас, у вирусов и бактерий в геноме очень мало чего-то лишнего. И вот они могут себе это позволить! Задача этих организмов как можно быстрее создавать как можно больше своих копий. Это критически важно для выживания их как видов. Чем меньше геном – тем быстрее происходит его полное удвоение, а значит, тем быстрее бактерия разделится на две новые, а вирус позволит клетке-хозяину наработать больше его копий. А так как размножаются они значительно быстрее, чем более сложные организмы, то они могут позволить себе пренебрегать теми из них, чьи мутации оказались