От пекарни до биофабрики. Обзор достижений биотехнологии

И вот к рождеству 1979 г. профессор Вейссман сделал себе наилучший долгожданный подарок: он нашёл те бактериальные колонии, которые продуцировали человеческий интерферон! Экстракт из этих бактерий защищал клетки человека от поражения вирусами. Отныне была открыта дорога для создания первого лечебного средства против вирусных заболеваний.
Интерферонпродуцирующие бактерии были «размножены» в биореакторах. Их потомство также несло в своём наследственном материале приказ вырабатывать человеческий интерферон. В настоящее время интерферон применяется уже повсеместно во всём мире. Он эффективен против бешенства, инфекционного гепатита (желтухи), а также против различных «видов» ринитов (насморка), обусловленных вирусами. Идёт также тщательная проверка ряда сообщений относительно того, что определённые интерфероны могут с успехом применяться и против некоторых злокачественных опухолей (рака).
  
Что же лежит в основе генной инженерии? Из ДНК млекопитающего с помощью ферментов рестриктаз вырезают фрагмент, содержащий инструкцию для построения определённого белка (ген). Одновременно из бактерии извлекают малую кольцевую ДНК (плазмиду) и разрезают её при помощи тех же рестриктаз. Посредством клеющих (сшивающих) ферментов (лигаз) ДНК млекопитающего встраивается в бактериальную ДНК. Реконструированная плазмида вновь включается в бактериальную клетку. Там наряду с прежними инструкциями содержится и приказ бактериальной клетке синтезировать белок млекопитающего. Бактериальная клетка, претерпевшая генно-инженерные трансформации, «слепо» исполняет теперь новый приказ.
  
Фузия клеток — новые микробы из ранее существовавших
 
Итак, мы познакомились с двумя путями получения новых штаммов микроорганизмов. Первый «пенициллиновый»: отбор и культивирование позволило создать высокопродуктивный штамм, вырабатывающий в 10 000 раз больше пенициллина, чем природный (дикий) штамм. Второй путь — генная инженерия: в микробные клетки направленно «встраивают» совершенно особые инструкции для выработки определённых продуктов. В таких случаях эти микроорганизмы образуют в сущности совершенно чуждые им вещества, такие, как инсулин человека или интерферон.
Совсем новым путём является фузия клеток. Фузия означает слияние. Собственно говоря, мы все произошли путём слияния: ведь при оплодотворении происходит слияние мужских и женских половых клеток. При этом происходит комбинация наследственных задатков (генов) матери и отца. Для этих комбинаций существуют бесчисленные возможности; и пусть даже родные братья и сёстры порой имеют значительные отличия, однако они всегда наследуют свои свойства как от отца, так и от матери.
Известно, что микробы размножаются простым делением. Следовательно, не существует ни «микробов-самцов», ни «микробов-самок». Самое большее, что могут микробы,— это обменяться между собой плазмидами. Рассмотрим ситуацию, когда один бактериальный штамм хорошо растёт «на сахаре», но плохо продуцирует желаемое вещество, а другой, напротив, в этих условиях очень медленно растёт, зато может вырабатывать огромные количества нужного продукта. Разумеется, весьма заманчиво было сконструировать из них один-единственный штамм, который совмещал бы и то и другое: то есть хорошо рос и много продуцировал. И здесь приходит на помощь фузия клеток. Специальными ферментами осторожно, чтобы не полопались клетки, растворяют наружную клеточную стенку микробов обоих штаммов; теперь только тонкая внутренняя клеточная мембрана не даёт растечься «голым» клеткам. Клетки обоих штаммов смешивают. Путём подходящей химической обработки или под действием коротких электрических импульсов (электрофузия) те клетки, которые случайно соприкасаются друг с другом, склеиваются в точках касания, их тонкие оболочки спаиваются (сливаются) воедино. И вот из двух клеток появляется одна с общей тонкой оболочкой. Это гибридная клетка (гибридома). «Гибриды» постепенно образуют новую общую прочную клеточную оболочку. Эти новые клетки сочетают в себе свойства обеих «родительских половин». Теперь можно отобрать гибридные клетки с наилучшими признаками (хороший рост, хорошая продуктивность) и приступить к их размножению.
Метод слияния клеток открывает возможность соединить воедино даже совершенно различные микроорганизмы. Принципиально возможно даже слияние клеток растений, животных и человека. Мы уже познакомились с наиболее важным применением этого метода: клетки человека, способные продуцировать антитела, но почти не размножающиеся на искусственных питательных средах вне организма, сливают с интенсивно растущими раковыми клетками. Возникают хорошо растущие клетки, продуцирующие антитела. Интересен, например, результат слияния клеток картофеля и томата. Из слившихся клеток удалось даже снова вырастить растения. В итоге слияния получен «томофель» — растение, дающее на корнях картофельные клубни, а в надземной части несущее плоды томата. Томофель — это пример фантастических возможностей сотворения новой живой природы, которые есть у учёных уже сегодня.
Но не создаёт ли новая технология новые опасности для человечества, например, в виде новых микроорганизмов?
В лабораториях специалистов по генной инженерии даже при работе с «безвредными» микроорганизмами соблюдаются строгие правила техники безопасности во избежание «случайного» возникновения опасных микробов. Кроме того, «лабораторные» штаммы (например, штамм К 12 кишечной палочки) так чувствительны, что при нормальных условиях, например в организме человека, они просто не могут выжить. Прежде чем внедрять новые микробы для «работы» в сельском хозяйстве и промышленности, необходимо обязательно подвергать их самым суровым испытаниям. Результаты научных исследований Должны дать полную гарантию безопасности предлагаемых наукой микроорганизмов для существования других живых существ, а также состояния окружающей среды.
Поскольку биотехнологи довольно скоро осознали свою ответственность, они потребовали в 1974 г. временно запретить эксперименты по генной инженерии, которые могли бы привести к созданию новых опасных микробов. В дальнейшем, опираясь на проведённые исследования, удалось вновь снять многие из этих запретов. Тем не менее для большей надёжности применения генно-инженерных методов кишечные бактерии всё чаще заменяются другими бактериями, дрожжами и грибами, не встречающимися у человека или в сельском хозяйстве. Сама природа — а вовсе не генная инженерия — и теперь всё ещё продуцирует опаснейших новых мутантов; пример тому — появление постоянно изменяющихся вирусов гриппа.
Однако в связи с появлением новых методов встаёт ещё вопрос. Не могут ли микробы, подвергшиеся генно-инженерным преобразованиям, быть использованы для военных целей?
С 1975 г. существует международное соглашение, которое строго запрещает внедрение и разработку «биологического оружия». Это поднимает роль учёных-биологов на небывалую высоту. Ведь именно они в первую очередь несут ответственность за контроль над соблюдением этого международного соглашения, так как только их руками генная инженерия может быть использована не в правомерном направлении.
По-видимому, найдётся читатель, который спросит: «Не лучше ли всё же вообще отказаться от подобных исследований для того, чтобы их не смогли использовать во вред человечеству?» Но тогда запрет распространялся бы и на разработку новых вакцин для профилактических прививок, новых антибиотиков; человек был бы отдан на произвол возбудителей болезней! Точно так же безрассудно было бы отказаться от бурно развивающейся биотехнологии. Она предоставляет небывалые возможности для защиты нашего здоровья, она указывает реальные выходы из экологических проблем, может содействовать ликвидации голода на Земле и помочь решить сырьевые и энергетические затруднения общества. Вопрос по-прежнему в том, на кого работают биотехнологи и кто пользуется результатами их исследований.