Генная инженерия: обновление до человека 2.0

Есть два способа улучшить человека — возиться с биологией или улучшать с помощью технологий. Итак, когда придет время перейти на Human 2.0, должны ли мы стать сплайсерами в стиле Bioshock или спартанцами в стиле Halo?

На этой неделе мы рассмотрим науку, стоящую за генетическим ускорением.

Игра с генами

Научная фантастика не боится возиться с генетикой. ADAM от Bioshock — это сироп из стволовых клеток, дополненных плазмидами, которые несут сверхчеловеческие генетические черты. Нейромод Prey улучшает когнитивные способности, встраивая инопланетную генетику в вирусы, доставляемые непосредственно в мозг через глаза. А Blacklight Prototype проникает в клетки и настраивает их генетический код, активируя и редактируя спящие последовательности.

Итак, насколько мы близки к изменяющим правила игры генетическим обновлениям?

Генетическая гонка вооружений

Генетическая революция началась в 1950-х годах с двух коварных ученых из Кембриджа. С данными, полученными от коллег из Лондона, Уотсон и Крик расшифровали структуру ДНК и открыли ящик Пандоры. С тех пор поле быстро изменилось, и оно усеяно Нобелевскими премиями.

К середине 1970-х годов ученые открыли молекулярные ножницы, разрезающие ДНК, известные как ферменты рестрикции, и ферменты, сшивающие ДНК, называемые лигазами. Стало возможным разрезать и сращивать генетический код, сшивая компоненты разных организмов для создания рекомбинантной ДНК. Бактерии были превращены в фабрики, производящие молекулы, которые они никогда не собирались производить, и началась генная инженерия.

В 80-е все ускорилось. Полимеразная цепная реакция, позволяющая копировать фрагменты ДНК миллионы раз за считанные часы. И стал автоматизированным, что позволило считывать генетический код быстрее, чем когда-либо прежде.

И следующий логический шаг, как только вы можете прочитать генетический код? Прочитайте все это.

В 2003 году он был завершен, раскрыв рецепт человека во всей его полноте. Всего три миллиарда букв и более 20 000 генов. И то, на что у международной команды ушли десятилетия, теперь может быть.

У нас есть руководство по созданию человека. У нас есть инструменты для чтения, записи и редактирования ДНК. Время проявить творческий подход.

Выберите свою плазмиду и развивайтесь

Хотите добывать огонь пальцами? Биошок-стиль уже здесь. Каждый день ученые набивают их генами и встраивают в клетки, чтобы наделить новыми способностями.

Плазмиды реального мира представляют собой петли ДНК, которые чаще всего встречаются у бактерий, где они несут гены полезных признаков, таких как устойчивость к антибиотикам. Они размножаются независимо от основного генетического кода бактерий и могут обмениваться между клетками, как коллекционные карточки, которые улучшают способности микробов.

А с помощью молекулярного инструментария их можно вскрыть и отредактировать, содержа тысячи букв генетического кода, словно миниатюрных троянских коней.

Плазмиды могут заставить клетки производить новые молекулы или менять поведение существующих генов. Бактерии будут делать их бесконечные копии по требованию. И их можно заморозить и хранить годами.

Но они, как правило, остаются вне хромосом, плавая в клетке и никогда не сцепляясь с хозяином, если не применяется серьезное селективное давление.

Они хороши для временного обновления, но, возможно, не для постоянных изменений человека 2.0. Может быть, именно поэтому мутантам нужно постоянное исправление ADAM или EVE, чтобы поддерживать свои способности на высоте.

Вирусы меняют все

Ищете что-то более постоянное, чем плазмида? Дополнения в Prey доставляются вирусами, что является шагом вперед с точки зрения устойчивости.

Ретровирусы (например, ВИЧ) вшивают свой собственный генетический код в код клеток, которые они заражают, постоянно сливаясь с хозяином, чтобы их гены оставались активными из поколения в поколение. Каждый раз, когда клетка копирует свою собственную ДНК, она копирует и вирусные гены.

Итак, ученые вырезали их, отсекая гены, вызывающие болезни, и превращая их в пустые генетические транспортные сосуды.

Подобно плазмидам, эти «вирусные векторы» могут быть наполнены генетическим кодом, но на этот раз они будут вшивать новые гены прямо в клетку, постоянно добавляя новый признак. Эта технология используется в Prey для доставки инопланетной генетики в человеческий мозг.

Проблема в том, что вирусы не так разборчивы в выборе места для интеграции. И если они вставят свою ДНК прямо в середину чего-то важного, они могут разрушить важный ген и разрушить зараженную ими клетку. Что еще хуже, вставка в некоторые гены может…

Тогда есть проблема заставить их заразить нужные клетки. Если вам нужен огонь на кончиках ваших пальцев, вам нужен вирус, который знает разницу между рукой и ногой.

Ученые работают над повышением удобства использования вирусных векторов, но для достижения настоящего человека 2.0 без непредсказуемых побочных эффектов нам, вероятно, потребуется более целенаправленный подход. Введите CRISPR.

Введите CRISPR

Подходы к редактированию генов в стиле Bioshock или Prey работают хорошо, но они размыты и требуют времени. CRISPR обеспечивает точную генетическую манипуляцию, быстро.

Вот как это работает.

Вирусы, известные как бактериофаги, внедряют свой генетический код в бактерии, превращая микробы в миниатюрные вирусные фабрики. Но бактерии развили способ дать отпор.

Когда они подвергаются атаке, они сохраняют полоски вирусного генетического кода в справочной библиотеке CRISPR, чтобы иметь преимущество в случае возвращения вируса. Когда он атакует снова, они проверяют библиотеку, и фермент под названием Cas9 вырезает любой соответствующий код, останавливая заражение на своем пути.

Самое замечательное в CRISPR то, что его можно программировать. Дайте Cas9 полосу генетического кода из 20 букв, чтобы управлять им, и он проглотит любую ДНК, которую вы захотите. Их быстро и дешево изготовить в лаборатории, а последовательность можно составить так, чтобы она соответствовала всем видам различных генов. И когда клетка пойдет восстанавливать разрез, вы можете добавить любую новую ДНК, какую захотите.

Этот метод настолько взволновал научное сообщество, что в 2015 году журнал Science назвал его «прорывом года». Но скоро ли мир будет наводнен сплайсерами?

Переписывание правил

Мутанты могут разводить огонь руками, метать ледяные шары и цепляться за потолок, как пауки. Морган Ю может превращаться в чашу, перегревать плазму и создавать телекинетические щиты. Что мы могли бы сделать с CRISPR в нашем распоряжении?

К настоящему времени ученые восстановили ген, вызывающий мышечную дистрофию у мышей, и испытывают метод перепрограммирования иммунных клеток у людей, больных раком. Сейчас мы находимся в гонке вооружений CRISPR, поскольку ученые всего мира спешат стать первыми, кто совершит прорыв в редактировании генов.

Это только начало, но у технологии большой потенциал. Мы могли бы исправить однобуквенные ошибки в генетическом коде, отключить гены, включить гены, внести генетические изменения. Или, что лучше всего, мы могли бы позаимствовать гены у других видов и встроить их в наши клетки, чтобы приобрести черты, которых у нас никогда не должно было быть, ни у кого?

В 2010 году ученые создали. В 2016 году они. В будущем, возможно, мы сможем разработать совершенно новые собственные гены.

Создание человека 2.0

Посмотрим правде в глаза, это все еще мечта, но инструментарий для ее реализации уже есть.

Мы по-прежнему , не говоря уже о том, какие изменения нам нужно внести, чтобы улучшить его. Удачи в поиске правильных генов для редактирования, если вы хотите стать выше, умнее или смешнее, не говоря уже о том, чтобы изобрести тот, который даст вам крылья.

А тут еще вопрос наследства. Редактирование взрослых, или «соматических», клеток может изменить человека в стиле Bioshock, но редактирование сперматозоидов и яйцеклеток, или «зародышевых» клеток, может изменить целый вид.

В настоящее время технологии генной инженерии развиваются быстрее, чем регулирующее их регулирование, и это беспокоит ученых. Мы все видели, что случилось с Восторгом, когда научный прогресс был снят с тормозов.

Редактирование генов клеток зародышевой линии ограничено во многих странах, включая Великобританию, но в июле 2017 года китайские ученые впервые. Это был огромный прорыв, но из 86 эмбрионов только 28 были успешно отредактированы, и не все из них в итоге оказались с нужным генным модом.

К счастью, пока никто не пытается довести отредактированные человеческие эмбрионы до рождения. Но CRISPR открывает целую банку этических червей, и если вы сомневаетесь в грядущих изменениях человека, посмотрите это.

Ящик Пандоры открыт, и мы держим пари, что люди будущего будут генетически модифицированы, но это не единственный способ обновления нашего вида. Возвращайтесь на следующей неделе, когда мы поговорим о технологиях и о том, что нужно, чтобы вступить в ряды Мастера Чифа Halo или Адама Дженсена из Deus Ex.