От автора
Более или менее документированная история человечества не так уж велика и ограничивается парой сотен лет. Но за этот период мир претерпел несколько эпохальных преобразований. Девятнадцатый век называют веком инженерии: появились железные дороги, автомобили с двигателями внутреннего сгорания и фотография, была построена Эйфелева башня. Вхождение в XX век сопровождалось, возможно, самым значительным открытием человечества после колеса — открытием рентгеновского излучения, которое позволило разглядеть не только каждую косточку человеческой пятерни, но и заглянуть внутрь любого вещества, узнать его структуру и атомарное строение, что привело к перевороту в химии и физике, позволило создать новые материалы и полупроводники. Рентгеновское излучение позволило человечеству открыть информационное пространство жизни, разгадать код ДНК, создать технологии генной инженерии. Текущий XXI век предлагает нам принципиально новые возможности использования информации о живой материи для создания новых технологий по принципу живого.
Когда я, еще школьником, размышлял о том, чем бы хотел заняться, я и представить себе не мог, что науки о жизни, и в частности биология, будут играть столь важную роль. Конечно, биология меня привлекала, но было совершенно неинтересно считать тычинки растений или лапки насекомых, но интересно узнать, как это устроено изнутри и почему «работает». Поэтому я выбрал физико-математическое образование, а после окончания института сразу окунулся в мир генной инженерии и молекулярной биологии. Многие истории, описанные в книге, происходили на моих глазах или даже с моим участием, хотя разговор пойдет, возможно, о самой сложной и противоречивой на сегодня технологии геномного редактирования.
Я приглашаю читателей к совместному исследованию и надеюсь, что прочитав эту книгу и пройдя путь от первых открытий ДНК до возможного редактирования генома, вы сможете сделать свой самостоятельный вывод о перспективах развития биомедицины будущего и ее инструментах, а также о возможных открытиях XXI века — века наук о жизни.
Сергей Львович Киселёв, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией эпигенетики Института общей генетики имени Н. И. Вавилова РАН
Введение
Пока гром не грянет...
Нас окружают явления и системы, кажущиеся нам очевидными, воспринимаемые нами как нечто само собой разумеющееся. Например, наша собственная жизнь. Конечно, мы реагируем на события, которые нас каким-то образом затрагивают, мы совершаем тысячи движений, работаем, учимся, любим, производим на свет детей и растим их, испытываем радость и страх, наслаждение и боль, строим планы на будущее и печалимся о прошедшем. Но под покровом повседневных действий, чувств и ощущений тихо и незаметно внутри нас протекает та самая биологическая жизнь — жизнь клеток и генов, тканей и органов, которая объединяет человека со всей живой природой. Таинственная жизнь, знания о которой ученым приходится добывать по крупицам...
Ну, идет и идет... Зачем о ней думать? Ведь наш организм сам знает, что ему делать, а если что-то пошло не так, всегда можно обратиться к врачу. Большинство из нас, окончив школу, благополучно забывают даже основы жизни, элементарный курс школьной биологии, и потому многих пугает, например, аббревиатура «ГМО», за которой прячется пара десятков Нобелевских премий, лекарственное и пищевое изобилие современного развитого мира. Примерно такую же реакцию вызывает слово «клонирование», которое обрело свою уже третью жизнь после рождения первого в мире клонированного млекопитающего — овечки Долли.
И только когда биология внезапно врывается в нашу жизнь, нарушая ее спокойное течение какой-нибудь смертельной опасностью или уникальным достижением, человечество вдруг понимает, что хотя его сегодняшние знания о таинственных основах жизни еще весьма скромны, именно сейчас открываются огромные перспективы дальнейшего развития биологических наук. Именно сейчас.
Эта книга пишется в тот самый год[1], когда человечество (или, как минимум, треть его) включила в свой повседневный лексикон такие слова и их сочетания, как «вирус», «пандемия», «карантин», «пневмония», «цитокиновый шторм», «искусственная вентиляция легких» (или ИВЛ), «полимеразная цепная реакция» (или ПЦР), «антитела»... Еще недавно подавляющее большинство из нас не слышали об этом даже при посещении врача, а теперь в любом переходе метро стоят санитайзеры для рук, возле касс магазинов нам предлагают маски, в транспорте призывают соблюдать социальную дистанцию, мы регулярно сдаем тесты на ПЦР или на антитела. До недавнего времени основная часть общества была далека от любых биологических и медицинских терминов, но теперь лицом к лицу столкнулась с новым вирусом человека, а по большому счету — с новым проявлением живой природы.
Конечно, вирусы, какими бы они ни были, приходят не в первый и не в последний раз. За минувшую сотню лет мы неплохо изучили ранее появившиеся вирусы, научились с ними работать, манипулировать ими, переставлять различные их части (в этой книге мы будем много говорить о вирусах). Однако к приходу и массовому вторжению в организмы людей такого объекта, как новый коронавирус (названный Всемирной организацией здравоохранения SARS-CoV-2 — от англ. Severe Acute Respiratory Syndrome-related Coronavirus 2, то есть связанный с тяжелым острым респираторным синдромом коронавирус 2), вызывающий болезнь под названием COVID-19, которая по своим тяжелым последствиям хотя и значительно уступает печально знаменитой «испанке», человечество оказалось совершенно не готовым. Состояние, в которое погрузился мир под ударом пандемии COVID-19, иначе как потрясением не назовешь.
Возмутитель спокойствия
Но как мы уже сказали, уникальные достижения в биологии порой влияют на человечество не меньше, чем катастрофические пандемии. Несколько лет назад произошло событие, вызвавшее в научном мире настоящую панику. О его важности можно судить хотя бы по тому, что оно освещалось едва ли не всеми мировыми средствами массовой информации, теме этого события были посвящены многочисленные заседания Организации Объединенных Наций и Всемирной организации здравоохранения, а научные сообщества всех развитых стран еще долго после этого пребывали в состоянии шока. Но самое поразительное в том, что неописуемое волнение, в которое пришел весь мир, было вызвано всего лишь докладом одного человека на небольшом научном симпозиуме!
Я думаю, дело здесь не только в уникальности открытия, о котором мы сейчас расскажем. Общество просто не ожидало, что «фантастическое будущее», над которым работало большое количество специалистов в лабораториях, внезапно оказалось «настоящим», поставив
