Она смеется, как мать - читать онлайн книгу. Автор: Карл Циммер cтр.№ 181

Исследователю не было окончательно ясно, что же пошло не так. Сохранялась вероятность, что ему удалось изменить только одну копию гена yellow у некоторых мух. Но такое встречалось настолько редко, что у Ганца при скрещивании мух ни разу не сложилось так, чтобы оба насекомых были носителями отредактированного гена yellow.

Когда Ганц рассказал об этом своему руководителю Биеру, тот немного разочаровался, но не удивился. В науке часто случаются неудачи. Биер отправился в долгожданный отпуск в Италию и перестал думать о неприятностях.

Однако не успел Биер вернуться в Сан-Диего, как в его кабинет ворвался Ганц. Он сразу же начал излагать свои соображения по поводу того, как заставить CRISPR работать. Идея была проста. Валентино Ганц хотел, чтобы мухи сами редактировали свою ДНК.

План был таков. Первым делом Ганц использует CRISPR, чтобы вырезать тот ген, который он заменит сегментом ДНК. В этом сегменте окажется не только измененный ген, но и гены для CRISPR. Тогда собственные клетки мухи начнут синтезировать молекулы CRISPR, которые будут находить соответствующую хромосому и редактировать вторую копию гена. В результате Ганц получит мух-горбаток с двумя мутантными копиями гена и сможет использовать их для получения линии мутантных мух. Ганц назвал этот процесс «мутагенной цепной реакцией».

Идея показалась Биеру слишком фантастичной. Он сомневался, что все сработает достаточно надежно, чтобы произошли те генетические изменения, на которые рассчитывал Ганц. Но если вдруг все сработает, сказал Биер, это может оказаться мощным инструментом для генетических исследований не только мух-горбаток, но и других видов. И пока Биер с Ганцом обсуждали мутагенную цепную реакцию, на них вдруг снизошло, что она может стать даже еще более мощным инструментом, чем изначально предполагалось.

«И тут мы поняли: стоп, она же может проникать в клетки зародышевой линии!» – сказал Биер.

Если Ганц скрестит муху, несущую CRISPR, с обычной, он получит нарушение закона Менделя. Муха начнет передавать потомкам одну хромосому с генами для CRISPR и геном, который система CRISPR должна будет скопировать. У эмбрионов мух второго поколения молекулы CRISPR изменят вторую копию хромосомы. В результате мухи второго поколения не окажутся гибридами с одной копией генов CRISPR. У них будет две копии. То же получится и при скрещивании с обычными мухами.

«Представьте себе супружескую пару, в которой один супруг светловолосый, а у другого волосы темные, – рассказывал мне Биер. – Все их дети светловолосые. Все их внуки светловолосые. Все их правнуки светловолосые. И так до бесконечности. Что-то в этом роде».

Биер посоветовал Ганцу ненадолго отложить проверку мутагенной цепной реакции. Он хотел, чтобы Ганц сначала подумал о рисках и выгодах этой методики. Вынужденно занявшись размышлениями, Ганц понял, что, если одно измененное таким образом животное выберется на свободу – случайно сбежит либо его намеренно выпустят, оно получит возможность спариваться с другими представителями своего вида. И с каждым новым поколением гены CRISPR будут интенсивно распространять себя по популяции.

При определенных обстоятельствах это может быть полезно. Вместо того чтобы целиться в ген yellow у дрозофил, ученые смогут влиять на гены насекомых, уничтожающих урожай или переносящих заболевания. Многие исследователи годами искали генные драйвы, с помощью которых можно было бы бороться с вредителями, – и Ганц, возможно, нашел что-то вроде этого. Но Ганц не в состоянии предсказать последствий бегства животного из лаборатории, пока проводит только первые эксперименты с мутагенной цепной реакцией.

Ганц разработал способ безопасного ее изучения. Он решил, что попытается отредактировать ген yellow у дрозофилы. Но, чтобы не дать мухам выскользнуть из лаборатории, он станет работать в защищенном помещении, а насекомые будут содержаться в небьющихся пластиковых наглухо закрытых флакончиках, помещенных в специальные пробирки, которые, в свою очередь, окажутся внутри пластиковых контейнеров.

Ганц и Биер пригласили в университет опытных генетиков, чтобы посоветоваться с ними. Они описали свою идею мутагенной цепной реакции и план обеспечения безопасности эксперимента. Они хотели убедиться, что остальным это не покажется безумием. «Хорошо, сделайте так, – единодушно высказались специалисты. – Будьте очень аккуратны, но сделайте».

В октябре 2014 г. Ганц с помощью CRISPR модифицировал нескольких личинок дрозофилы. Если бы молекулы сработали так, как он надеялся, они заменили бы одну из копий гена yellow на другой фрагмент ДНК. Этот новый фрагмент содержал бы измененный ген и гены для CRISPR. Ганц рассчитывал, что собственные клетки мухи будут использовать эти участки ДНК для изменения второй копии yellow. Но убедиться, что методика работает, можно было, только разводя мух.

Ганц дождался, пока мухи повзрослели, и скрестил их с обычными. Самки отложили яйца, из которых вылупились личинки, а впоследствии они окуклились. Внутри куколок личинки превратились во взрослых животных. И когда наконец появились взрослые мухи, некоторые из них – причем как самцы, так и самки – оказались желтыми.

«Это было первым признаком того, что все идет как надо», – вспоминал Ганц.

Но теперь начиналась настоящая проверка мутагенной цепной реакции: передастся ли она следующему поколению? Ганц выбрал желтых самок, несущих на обеих X-хромосомах измененный ген yellow и гены для системы CRISPR.

Он запустил их в пробирки с обычными самцами, где мухи и спарились. В простом эксперименте с желтыми самками и серыми самцами результаты соответствовали бы закону Менделя. Все сыновья были бы желтыми, потому что наследовали свою единственную X-хромосому от матери. Дочери же получили бы по одной X-хромосоме от обоих родителей. И, поскольку желтая окраска – рецессивный признак, все дочери были бы серыми.

А если бы произошла мутагенная цепная реакция, Ганц увидел бы совсем другие результаты. Следующее поколение мух тоже вырабатывало бы молекулы CRISPR. Эти молекулы изменили бы вторую X-хромосому у дочерей, и они получились бы желтыми.

После того как мухи отложили яйца, Ганцу и Биеру осталось только ждать появления взрослых особей. «Две недели напролет я сводил свою жену с ума, повторяя “желтый-желтый-желтый” и всюду стуча по дереву», – рассказывал Биер. Его коллеги готовили его к неудачному результату. «Не слишком-то надейся, – говорил Биеру один из сотрудников. – Готов поспорить почти на что угодно, что следующее поколение будет соответствовать закону Менделя».

Ганц знал, что, когда из яиц появляются личинки с мутацией в гене yellow, у них иногда бывает заметен слабый золотистый оттенок. Он вглядывался сквозь стенки контейнеров и пробирок, надеясь обнаружить желтизну хоть у некоторых личинок. Но, насколько он мог судить, ни одна из них не была желтой.

«Я очень пессимистичный человек, – говорил Ганц, – и всем сообщил, что метод не сработал».

Но для чистоты эксперимента Ганц позволил личинкам окуклиться и развернуть крылья. Он усыпил только что появившихся взрослых мух с помощью углекислого газа. Затем он уселся за лабораторный стол и вытряхнул их на поднос. Он должен был осмотреть их тела прежде, чем официально объявить, что эксперимент закончился неудачей.