Игра в Бога? Британские исследователи хотят искусственно создать человеческую ДНК

Наш генетический материал — это то, что мы наследуем напрямую от наших родителей. Он передается через оплодотворение, через яйцеклетку и сперму. И каждая клетка новорожденного ребенка содержит комбинацию генетической информации от обоих родителей. Это определяет, как мы выглядим, как функционирует наше тело, к каким заболеваниям мы предрасположены и многое другое.

Теперь исследователи хотят впервые искусственно создать человеческую ДНК. «Группа британских ученых разрабатывает технологию создания первой синтетической человеческой хромосомы», — говорится на сайте Wellcome Trust , крупного благотворительного фонда, занимающегося продвижением науки и улучшением здоровья людей во всем мире. Он только что предоставил эквивалент приблизительно 11,7 млн ​​евро Британскому проекту синтетического генома человека (SynHG) для продвижения его исследований.

Масштабный проект изначально запланирован на пять лет. Его цель — впервые синтетически создать полную человеческую хромосому в лабораторных условиях, пройдя множество промежуточных этапов. В проекте участвуют исследователи из университетов Кембриджа, Кента, Манчестера, Оксфорда и Имперского колледжа Лондона. Проект возглавляет молекулярный биолог Джейсон Чин , профессор Кембриджа, который возглавляет «ведущий в мире институт технической биологии», который в настоящее время создается и объединит более 300 ведущих исследователей со всего мира. Объект называется Институтом генеративной биологии (GBI).

Новые методы лечения, устойчивые к климату растения и новые материалы

«Биология естественным образом выполняет впечатляющее множество функций. При правильном использовании она является ключом к решению некоторых из наших величайших проблем. Однако мы пока не способны надежно проектировать биологию», — утверждает институт в своем самоописании. Чтобы достичь этого, им предстоит столкнуться с серьезной проблемой. «Мы должны уметь писать на естественном языке биологии и понимать, какие последовательности ДНК генерируют биологические системы с желаемыми функциями».

Исследователи с энтузиазмом представляют себе свою цель раскрытия потенциала биологии «для добра». Это включает, например, «разработку новых терапевтических молекул и клеток для лечения болезней». Кроме того, они стремятся создать «устойчивые к климату культуры», которые одновременно фиксируют азот и менее восприимчивы к болезням и вредителям. Это должно способствовать глобальной продовольственной безопасности и сделать сельское хозяйство более устойчивым.

«В области изменения климата и чистой энергии станет возможным манипулировать биологическими процессами для улавливания парниковых газов и производства топлива», — говорится в заявлении. Также могут быть разработаны совершенно новые типы материалов. «Создавая необходимые инструменты и методы для синтеза человеческого генома, мы ответим на вопросы о нашем здоровье и болезнях, которые мы даже не можем предвидеть сегодня, преобразуя наше понимание жизни и благополучия», — сказал Майкл Данн, директор Discovery Research в Wellcome Trust.

Синтетическое производство человеческой ДНК поднимает этические вопросы

Хотя многие исследователи разделяют это видение, другие призывают к осторожности. Непосредственно генерируя генетический материал в лаборатории, люди ставят себя в положение, когда они действительно «играют в Бога», вмешиваясь в основные строительные блоки жизни.

Уже сейчас можно модифицировать участки ДНК с помощью новых молекулярно-биологических технологий, таких как «генные ножницы» CRISPR-CAS. Однако синтетическое создание человеческого генома не только крайне сложно. Оно также поднимает «многогранные этические вопросы и также влечет за собой риски, которые необходимо учитывать и сопоставлять с преимуществами», — говорит онколог Ева Винклер , глава секции трансляционной медицинской этики Гейдельбергского университета и заместитель председателя Немецкого совета по этике.

В чем именно заключается проблема? Каждая клетка организма содержит полный набор генетической информации, т. е. весь геном. У людей он состоит из до 25 000 генов. Они образуют, так сказать, чертежи для производства различных белков, инструментов и строительных блоков организма. Сами гены хранятся в ядре клетки в форме дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). ДНК состоит из длинного ряда из четырех различных строительных блоков с основаниями аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C). Они расположены парами в разном порядке на двойной спирали ДНК, структура которой напоминает спирально закрученную веревочную лестницу.

Эти отдельные веревочные лестницы упакованы в разные пакеты, хромосомы . Там они обвиваются вокруг определенных белков. У людей 46 хромосом, организованных в 23 пары. Одна из этих пар, например, определяет пол: две X-хромосомы у женщин и одна X и одна Y-хромосома у мужчин. Они названы в честь формы хромосом.

Технические препятствия для более сложных генетических синтезов

Два года назад британские исследователи опубликовали методы, которые позволили им получить полные геномы бактерии E. coli с новыми свойствами, о чем сообщил Science Media Center (SMC) в презентации по этой теме. «Производство искусственной ДНК не является чем-то совершенно новым — это было возможно в бактериях уже некоторое время», — говорит Мальте Шпильман, директор Института генетики человека в университетской больнице Шлезвиг-Гольштейна. Впервые исследователи пытаются получить большие порции человеческой ДНК синтетическим путем.

«До сих пор можно было синтезировать только короткие участки из нескольких сотен пар оснований. Новые методы теперь позволяют производить участки с сотнями тысяч пар оснований», — говорит Шпильманн. Он имеет в виду основания A, T, G и C, расположенные на двойной спирали ДНК — генетические строительные блоки. Впервые станет возможным синтетическое производство более крупных участков хромосом — возможно, даже целых искусственных хромосом. Однако этот процесс технически чрезвычайно сложен и обычно происходит в клеточной культуре, часто с использованием дрожжевых клеток.

Более того, внутри клеток происходят сложные процессы, которые трудно воспроизвести в лабораторных условиях. По данным SMC, «человеческие клетки со значительно большими геномами, обильными сегментами прыжков в геноме и уникальными структурами, такими как теломеры и центромеры с высокоповторяющимися последовательностями ДНК на хромосомах» до сих пор представляли непреодолимые технические препятствия для более сложного синтеза генома.

Многочисленные риски неправильного использования новых технологий

В то же время существует страх перед последствиями исследования. «Очевидные опасения — подобные дебатам вокруг клонирования — включают в себя сконструированных людей, синтетических людей и органы как «хранилища запасных частей», коммерциализацию или патентование генома и возможное военное применение», — резюмирует медицинский этик Ева Винклер.

Нильс Хоппе, профессор этики и права в области естественных наук в Ганноверском университете, также указывает на «многочисленные риски неправильного использования» новых разрабатываемых технологий. «Это может привести к созданию новых биологических боевых агентов или попыткам создания определенных физических характеристик «по заказу». Это будет противоречить фундаментальным социальным принципам».

Однако восприятие этических границ — что «можно и чего нельзя делать» — часто отличается в лабораториях от восприятия широкой публикой. Это также демонстрируется дебатами вокруг так называемых исследований по приобретению функции патогенов в связи с вопросом о том, возник ли коронавирус SARS-CoV-2 в китайской лаборатории. Другой пример: в 2019 году китайские исследователи были приговорены к тюремному заключению за использование «генных ножниц» CRISPR-CAS для модификации генома во время искусственного оплодотворения. Впервые этот метод был использован на человеческих эмбрионах, которые в конечном итоге родились.

Искусственного человека, как предполагается, не следует создавать.

Табу-аспект этого подхода заключался в том, что исследователи вмешивались в зародышевую линию (яйцеклетки, сперма). Это означает, что генетически модифицированные близнецы Лулу и Нана, которые родились, передадут изменения своему потомству. Хотя исследователи имели «благие намерения» (они хотели защитить детей от заражения ВИЧ-инфицированным отцом), такие генетические вмешательства могут иметь непредвиденные последствия. Критики говорили, что технология все еще слишком неопределенна, чтобы ее можно было использовать необратимо.

Раздаются призывы к глобальному регулированию таких исследований. Деклараций о намерении соблюдать этические границы недостаточно, тем более, что потенциальное создание искусственной ДНК открывает поистине фантастические перспективы. «С научной точки зрения это крайне захватывающий и своевременный проект», — говорит Мальте Шпильман, специалист по генетике человека. Он подчеркивает, что это фундаментальное исследование. «Заявленная цель — не создание искусственного человека».

Шпильманн считает захватывающим, что этот проект открывает новые возможности для «анализа и понимания функционирования нашей генетической информации». Это «хорошо продуманный проект, как с точки зрения содержания, так и этики», который позволит совершать новаторские научные открытия, одновременно «поддерживаемый социально ответственным образом». Например, Университет Кента реализует специальную программу по социальным наукам в рамках проекта. «В этом сочетании это очень желанный и важный шаг для будущих исследований генома», — говорит Шпильманн.

Что становится с биологическим наследием собственной ДНК?

Другие исследователи подчеркивают необходимость регулирования более решительно. «Здесь, по-видимому, важно, чтобы риски не только управлялись технически, но и были социально подотчетны», — говорит медицинский этик Ева Винклер. «Сюда входят прозрачные процедуры с самого начала, социальное участие, необходимость этического осмысления, четкие границы для возможных применений, открытость к нормативному инакомыслию и, в конечном счете, демократически узаконенная и этически оправданная ответственность по отношению к новым формам биологического дизайна».

Создание человеческого генома в лаборатории — хотя это пока еще далекая перспектива — поднимет фундаментальные этические вопросы, говорит Ева Винклер. «До сих пор правило было таким: ваша ДНК — это ваше биологическое наследие. Но синтетическая ДНК создается в лаборатории — то есть проектируется, а не наследуется. Разрешено ли компаниям патентовать синтетически созданные последовательности, даже если они напоминают естественные?» Полностью искусственно созданные дети не будут иметь биологических родителей. «Это меняет наше понимание биологического родства, родительства и воспроизводства».

А что, если бы мы создали искусственных близнецов самих себя – как потенциальные хранилища запасных частей? Будут ли они иметь те же права, что и биологически созданные особи? Это всего лишь несколько вопросов из едва вообразимого, но вполне возможного будущего.