Изменение среды обитания, происходящее в результате деятельности человека, оказывает на человеческие популяции воздействие, которое по большей части вредоносно, приводит к росту заболеваемости и сокращению продолжительности жизни. Однако в развитых странах средняя продолжительность жизни неуклонно (примерно на 2,5 года за десятилетие) приближается к своему биологическому пределу (95 лет), в рамках которого конкретная причина смерти не имеет принципиального значения. Воздействия, казалось бы и не ведущие к преждевременной смерти, тем не менее нередко снижают качество жизни, но более глубокая проблема заключается в постепенном изменении генофонда, которое приобретает глобальные масштабы.
Генофонд обычно определяют как совокупность генов, имеющихся у особей данной популяции, группы популяций или вида, в пределах которых они характеризуются определенной частотой встречаемости.
О воздействии на генофонд чаще всего говорят в связи с радиационным загрязнением, хотя это далеко не единственный фактор, влияющий на генофонд. По мнению В. А. Красилова, существует большой разрыв между обиходными и научными представлениями о влиянии радиации на генофонд. Например, нередко говорят об утрате генофонда, хотя совершенно ясно, что генофонд человеческого вида может быть утрачен лишь при условии практически поголовного уничтожения людей. Утрата генов или их вариантов в обозримых масштабах времени вероятна лишь в отношении очень редких вариантов. Во всяком случае, не менее возможно появление новых вариантов гена, изменение генных частот и соответственно частот гетерозиготных и гомозиготных генотипов. Все эти события укладываются в представление об изменении генофонда (рис. 3.4).
В. А. Красилов отмечает, что далеко не все оценивают изменение генофонда как негативное явление. Сторонники евгенических программ считают возможным избавиться от нежелательных генов путем физического уничтожения или исключения их носителей из процесса воспроизводства. Однако действие гена зависит от его окружения, взаимодействия с другими генами. На уровне личности дефекты нередко компенсируются развитием особых способностей (Гомер был слепым, Эзоп - уродливым, Байрон и Пастернак - хромыми). А доступные сегодня методы генной терапии открывают возможность исправления врожденных дефектов без вмешательства в генофонд.
Стремление большинства людей сохранить генофонд таким, каким его создала природа, имеет под собой вполне естественные основания. Исторически генофонд сложился в результате длительной эволюции и обеспечил приспособление человеческих популяций к широкому спектру природных условий. Генетическое разнообразие людей на популяционном и индивидуальном уровнях иногда носит очевидный адаптивный характер (например, темный цвет кожи в низких широтах, связанный с устойчивостью к ультрафиолетовому излучению), в других же случаях нейтрально по отношению к факторам среды. Независимо от этого генетическое разнообразие предопределило многообразие и динамичность развития человеческой культуры. Высшее достижение этой культуры - гуманистический принцип равноценности всех людей - в переводе на биологический язык означает сохранение генофонда, не подлежащего искусственному отбору.
Вместе с тем продолжается действие и естественных факторов изменения генофонда. Это мутации, дрейф генов и естественный отбор. Загрязнение среды влияет на каждый из них. Хотя эти факторы действуют совместно, в аналитических целях имеет смысл рассмотреть их по отдельности.
Факторы мутагенеза
К ним из физических воздействий кроме ионизирующего излучения, возможно, относятся электромагнитные излучения. Установлено, например, повышение заболеваемости лейкемией у лиц, проживающих длительное время вблизи высоковольтных линий электропередачи. Из сотен тысяч разнообразных химических соединений, поступающих в среду в виде бытовых и производственных загрязнений, около 20% генотоксичны.
Мутационные изменения снижают жизнеспособность организма в 1-2-кратном соотношении со скоростью гаметного мутагенеза. Наряду с прямым канцерогенным эффектом - мутациями, нарушающими взаимодействие клеточных клонов в процессе их роста и трансформации, происходит нарушение контрольных функций гормональной и иммунной систем, на фоне которого возрастает риск злокачественных новообразований как хемогоксичной, так и вирусной этиологии. Мутагенез, сопровождающий встраивание вирусной частицы в клеточный геном, также может возрастать вследствие иммунной недостаточности организма, появления новых штаммов вирусов или того и другого.
Дрейф генов
В прошлом дрейф генов был связан с резкими колебаниями численности локальных популяций, истребляемых войнами и эпидемиями. Выжившие основатели новой популяции передавали ей черты своей генетической индивидуальности. Утраченная часть генетического разнообразия восстанавливалась за счет повторных мутаций и потока генов, но определенные отличия могли сохраняться длительное время. Сегодня рост численности и более подвижный образ жизни предохраняют генофонд от дрейфа генов, разве что за исключением малочисленных популяций на океанических островах, в горных районах или тропических лесах.
Естественный отбор
Внимание общественности и экспертов в первую очередь привлекают генотоксичные факторы прямого действия и связанные с ними заболевания, тогда как естественный отбор - в долгосрочном плане гораздо более мощный фактор изменения генофонда - остается в тени. Между тем любое воздействие на среду хотя бы в небольшой степени изменяет направленность отбора, создавая давление на популяцию и сдвигая частоты соответствующих генотипов. Ген может долго удерживаться в популяции, несмотря на негативный отбор (который недостаточно эффективен при низких частотах), но угроза обеднения генофонда со временем становится все более реальной.
Охрана среды обитания и системы здравоохранения - факторы, по существу, противостоящие естественному отбору в человеческих популяциях. Тем не менее отбор действует в особенности на пренатальном уровне (например, в виде ранних самопроизвольных абортов, которые могут остаться незамеченными). Любое заболевание снижает шансы на успешную карьеру, создание семьи и полноценный генетический вклад в следующее поколение. Поскольку люди неравноценны в отношении устойчивости к воздействиям специфического и общего характера, то отбор работает в пользу более устойчивых, невзирая на их личностные качества, и тем более активно, чем больше загрязнение среды. Эти процессы не только сокращают разнообразие людей (3 тыс. лет назад светлокудрые ахейцы сражались с темноволосыми малоазийскими племенами; теперь настоящие блондины редки даже среди скандинавов, не говоря уже о греках), но и вымывают из популяции редкие гены, способствующие развитию социально ценных свойств, если они не сцеплены с генетическими факторами устойчивости к загрязнениям.
Будущее генной инженерии ближе, чем вы думаете
В ноябре прошлого года появились новости о том, что китайский ученый тайно изменил гены эмбрионов пары китайских близнецов, и потрясли весь мир. Однако, хотя использование передовых технологий для изменения генофонда человека было преждевременным, оно стало предвестником того, как генетика изменит наше здравоохранение, отношение к детям и, в конечном итоге, наше отношение к себе и к нашему виду. Генетическая революция уже началась, но мы не готовы ответственно относиться к этим прометеевым технологиям.
Определив структуру ДНК в 1950-х годах, Уотсон, Крик, Уилкинс и Франклин показали, что книга жизни написана в двойной спирали ДНК. Когда в 2003 году был завершен проект генома человека, мы увидели, как можно переписать эту книгу о человеческой жизни. Кропотливые исследования в сочетании с продвинутыми вычислительными алгоритмами начали все больше открывать, что делают гены и как можно читать генетическую книгу жизни.
Теперь, благодаря появлению точных инструментов редактирования генов — вроде CRISPR — мы точно поняли, что книгу жизни, да и всю биологию можно переписать. Биология стала еще одной формой читаемых, записываемых и взламываемых информационных технологий, которые мы, люди, кодируем.
Воздействие этой трансформации прежде всего ощущается в области здравоохранения. Генная терапия, включающая извлечение, изменение и повторное введение собственных клеток человека, улучшенных для борьбы, например, с раком, уже творит чудеса в клинических испытаниях. Тысячи заявок уже были поданы регуляторам по всему миру для испытаний с использованием генной терапии для лечения множества других заболеваний.
Не так давно было начато первое редактирование генов клеток внутри тела человека для лечения относительно простого с точки зрения генетики метаболического расстройства — синдром Хантера. Другие применения вскоре последуют. Эти примеры — буквально самые первые шаги в нашем переходе от существующей системы обобщенной медицины, основанной на средних показателях населения, к точной медицине, основанной на индивидуальной биологии каждого пациента, и прогностической медицине, основанной на сгенерированных искусственным интеллектом оценках будущего состояния здоровья человека.
Этот сдвиг в нашем здравоохранении гарантирует, что миллионы, а затем и миллиарды людей будут секвенировать свои геномы, закладывая этим основу для своего лечения. Аналитика больших данных поможет сравнивать масштабно человеческие генотипы (что говорят гены) с фенотипами (как гены экспрессируются в течение жизни).
Массивные наборы генетической и медицинской информации позволят выйти за рамки простого современного генетического анализа и понять гораздо более сложные человеческие заболевания и черты, на которые влияют сотни или тысячи генов. Наше понимание этой сложной генетической системы в обширной экосистеме нашего тела и окружающей нас среде преобразит здравоохранение в лучшую сторону и поможет нам вылечить ужасные заболевания, которые мучают наших предков на протяжении тысячелетий.
Но сколь бы революционной ни была эта задача для медицины, следствия генетической революции в здравоохранении — это лишь перевалочные станции на пути к конечному пункту назначения: глубокой и фундаментальной трансформации нашего вида.
Изменение человеческого вида
Первые проблески будущего, в которое мы движемся, можно увидеть в индустрии генетических тестов, ориентированной на потребителя. Многие люди по всему миру отправили свои мазки с внутренней части щек компаниям — вроде 23andMe — на анализ. Информация, которая будет им предоставлена, расскажет об относительно простых генетических чертах: статус заболеваний, связанных с мутацией одного гена, цвет глаз, нравится ли вкус кинзы, но умолчит о сложных чертах: спортивная предрасположенность, интеллект, личность.
Так будет не всегда. По мере увеличения пулов генетических данных и данных о здоровье, анализ большого количества секвенированных геномов позволит прогнозировать очень сложные генетические риски заболеваний и генетические черты, такие как рост, коэффициент интеллекта, темперамент и стиль личности. Этот процесс, называемый «полигенным подсчетом», уже проводит несколько компаний, а в будущем станет более важной частью нашей жизни.
Самое интересное следствие этого всего проявится в нашем рождении детей. Перед тем, как принять решение, какую из оплодотворенных яйцеклеток имплантировать, женщины в процессе ЭКО сегодня могут выбрать из небольшого числа клеток, которые были извлечены из ранее имплантированных эмбрионов, и секвенировать геном. Современные технологии позволяют увидеть мутации отдельных генов и относительно простые расстройства. Полигенный подсчет вскоре позволит видеть эмбрионы на ранних стадиях развития и оценивать риск развития сложных генетических заболеваний или даже возможность наследования сложных человеческих черт. Самые сокровенные элементы человеческого бытия вскоре будут подвергаться строгому отбору со стороны родителей.
Технологии стволовых клеток для взрослых, вероятно, позволят производить сотни или тысячи собственных яйцеклеток женщины из ее образца крови или кожного трансплантата. Это откроет двери для репродуктивных возможностей и позволит родителям выбирать эмбрионы с исключительным потенциалом из гораздо более широкого набора вариантов.
Сложность человеческой биологии накладывает некоторые ограничения на степень возможного редактирования генов, но вся биология, включая нашу собственную, чрезвычайно гибкая. Каким еще образом из одной только клетки четыре миллиарда лет назад появилось все это биоразнообразие? Ограничения нашего воображения станут самыми большими препятствиями для нашей биологии.
Но пока мы, люди, стремимся к силе богов, мы совсем не готовы ее использовать.
Игры с собственной биологией
Те же самые инструменты, которые помогут нам побороть наши худшие пристрастия, спасут наших детей, помогут нам жить дольше и здоровой жизнью, они же откроют дверь и злоупотреблениям. Предусмотрительные родители с благими намерениями или государства со слабой регулирующей структурой или агрессивными идеями, желающие повысить конкурентоспособность нации, могут ввергнуть нас в генетическую гонку, которая подорвет наше существенное разнообразие, опасно разделит общество, приведет к опасным, дестабилизирующим и даже возможно смертельным конфликтам между нами, поставит под угрозу все человечество.
Но если развитие генетических технологий неизбежно, то, как все это развернется — можно и нужно контролировать. Если мы не хотим, чтобы генетическая революция погубила наш вид или привела к смертельным конфликтам между имеющими нужные гены и неимущими, либо между социально адаптированными и социально неадаптированными, именно сейчас нужно принимать умные решения, отталкиваясь от наших лучших индивидуальных и коллективных ценностей. Хотя технологии, которые продвигают генетическую революцию, новы, система ценностей, которая нам понадобится для оптимизации преимуществ и минимизации ущерба в этом процессе массовой трансформации, разрабатывалась тысячи лет.
И хотя некоторые умные и благонамеренные ученые уже собирались, дабы обсудить, что будет дальше, никаких даже самых мудрых пророков не хватит, чтобы принять решения о будущем нашего вида. Нужно будет руководить процессом его формирования на национальном и даже международном уровне.
Каждой стране придется разработать собственные нормативные руководящие принципы для генной инженерии человека, основанные как на лучших международных практиках, так и на уникальных традициях и ценностях страны. Однако, поскольку мы все являемся одним видом, в конечном итоге нам придется разработать руководящие принципы, применимые ко всем нам.
Пересечение геномики и искусственного интеллекта может показаться научной фантастикой, но это ближе, чем вы думаете. Намного раньше, чем это признает большинство людей, преимущества, которые предлагают новые технологии, и конкуренция между нами, вызовет быструю реакцию. До того, как эта искра загорится, у нас есть совсем немного времени, чтобы собраться вместе как вид, сформулировать и воплотить в действительность будущее, которое мы увидим совместно.
