Когда организм растёт и развивается, это происходит путём размножения клеток. Каждая клетка разделяется на две полноценных клетки. Когда это происходит, каждая хромосома в клетке фактически расщепляется посередине. Витки скрученной лесенки отходят друг от друга, поскольку ступени раскалываются вдоль соединений между основаниями. В дальнейшем происходит так, что эти две «полулестницы» образуют две полных лесенки, присоединяя свободные азотистые основания, создающиеся из химических веществ, плавающих в клетке. В результате этого, когда клетка разделяется надвое, каждая новая клетка несёт совершенно одинаковый набор генных «инструкций».
Исключение из этого процесса имеет место при половом размножении. Репродуктивные клетки несут половину нормального числа хромосом. Две полуклетки[[5] ] объединяются во время оплодотворения, чтобы произвести одну клетку с полным набором. Эта новая клетка — уникальное соединение генов, половины от матери и половины от отца. Затем эта клетка делится обычным образом, пока, следуя инструкции, которую несёт каждая клетка, не будет построен полный организм.
Вот какова нынешняя великая загадка: как гены — последовательность пар азотистых оснований вдоль хромосомы — работают в действительности? Как они управляют постройкой организма?
Идея, лежащая в основе генной инженерии, состоит в том, чтобы управлять естественными процессами. Каким-то способом генетические инструкции, находящиеся вдоль хромосом в клетке, должны быть идентифицированы, а затем изменены таким образом, чтобы в процессе роста организм следовал новому набору инструкций. Поскольку все вовлечённые в этот процесс материалы (клетки, хромосомы, молекулы) имеют микроскопические размеры, должна применяться совершенно новая технология.
Вирусы могут делать это. Вирусы по сути своей состоят из массы их собственной ДНК, заключённой в оболочку. Инфицируя клетку, они прикрепляются к клеточной стенке и вводят сквозь неё свою ДНК. Во внутренней среде клетки чужеродная ДНК разрушает хромосомы клетки и заново выстраивает этот материал в виде собственных копий.
Чтобы генные инженеры сделали то же самое, они должны были бы прежде всего пробиться через клеточную стенку, затем разрушить ДНК в ядре и повторно собрать её желаемым образом. В ином случае они могли вырезать сегменты цепочки ДНК, фрагменты, которые соответствуют тем или иным генам, и заменяют их уже подготовленными фрагментами ДНК. Это было бы сделано химическими веществами, которые дают определенные биохимические реакции — ферментами — для части которых было обнаружено наличие способности резать нить ДНК.
Самые большие успехи в экспериментах пока были сделаны на бактериях[[6] ]. Эти одноклеточные существа обладают клеточными стенками, которые могут быть размягчены химическими растворами таким образом, чтобы новую ДНК можно было поместить внутрь. Двойная спираль исходной хромосомы может быть разрезана с использованием ферментов, и может быть вставлена новая ДНК. У разрушенных концов нитей ДНК одна сторона длиннее другой, оставляя свободной последовательность азотистых оснований. Если введённый фрагмент ДНК обладает соответствующими основаниями, которые остаются свободными на его конце, два фрагмента ДНК объединяются, Т к A, и Ц к Г, и образуют полную хромосому. Эта техника известна как сплайсинг генов.
Однако прежде, чем может быть предпринято что-нибудь из этого, всё строение гена должно быть картировано. В настоящее время было идентифицировано и интерпретировано лишь приблизительно 100 человеческих генов[[7] ]; но, поскольку генетика существует лишь около столетия, строение хромосомы стало известным лишь приблизительно четыре десятилетия назад, а научный прогресс в этой области растёт экспоненциально, теоретические рассуждения о генной инженерии быстро становятся фактом.
Генная инженерия человеческих существ состояла бы в процессах изъятия репродуктивной клетки из человека, изменения известного гена каким-то заранее установленным образом и обратного помещения клетки таким образом, чтобы она выросла в полноценный плод с желаемыми свойствами.
1. Клетка изъята.
2. Ген, который будет изменен, идентифицирован в хромосоме.
3. Он заменён заранее изменённым геном.
4. Клетка помещена обратно в матку.
5. Рождается генетически изменённый человек.
1. Человек состоит из клеток — их примерно 10 триллионов — все они выросли из единственной репродуктивной клетки.
2. Каждая клетка содержит ядро, несущее всю генетическую информацию для роста целого тела.
3. Генетическая информация в ядре выстроена в ряде образований, называемых хромосомами.
4. Каждая хромосома составлена из длинной цепочки ДНК, скрученной в несколько порядков.
5. Нить ДНК — скрученная лестница пар молекул аминокислот[[8] ], последовательность которых несёт генетическую информацию.
6. Когда клетка размножается, каждая нить ДНК расщепляется, как застёжка-молния по связям между молекулами аминокислот. Затем каждая половина достраивает полную цепочку, привлекая к себе свободные молекулы аминокислоты, плавающие в клеточной жидкости.
ЧАСТЬ I: В НАЧАЛЕ — Человеческая история до нашего времени
8 МИЛЛИОНОВ ЛЕТ НАЗАД
Её предки жили на вершинах деревьев, которые когда-то покрывали эту область. Конечно же, её родственники всё ещё живут в лесах влажных долин, лазая по веткам, поедая мягкие плоды и личинок жуков; её образ жизни, однако, совершенно не такой, как у них. У ней в распоряжении есть сухой ландшафт, образованный жёлтой травой, с коричневыми и чёрными зарослями выносливых колючих деревьев.
Её рацион жителя редколесий также иной, потому что здесь нет никаких мягких фруктов и сочных почек или личинок. Крепкие орехи и жёсткие семена — её главная пища, а когда нет ничего другого, она способна обойтись грубыми корнями и клубнями. Насекомые с крепким панцирем и сухие ящерицы встречаются здесь в изобилии, и она часто извлекает из них ту толику питательных веществ, которая в них есть. Её челюсти и зубы отражают тот факт, что она должна есть больше, чем её предки, чтобы получить то же самое количество питательных веществ, и она должна более тщательно жевать пищу. Соответственно, её передние зубы уменьшились, чтобы дать место для широких и плоских задних зубов, которые размалывают массу грубого корма. Это случилось не внезапно, а развивалось на протяжении более чем тысяч и тысяч лет. Те, кто изучает её останки, дадут ей название. Они назовут её Ramapithecus[[9] ].
Другие животные, которые обитают здесь, демонстрируют те же самые специализации своих зубов. Свиньи и антилопы питаются низкорослыми растениями, а жирафы ощипывают более высокие деревья. Они также обладают широкими задними зубами; но она прошла более долгий путь, прежде чем стала столь же приспособленной, как и они.
С одной стороны, травы очень высоки, и, находясь на земле, она теряется и не может смотреть поверх них. Также вокруг живут беспощадные хищные звери, поэтому она должна подниматься на деревья ради безопасности, а также чтобы видеть, что происходит на расстоянии. Другие животные убегают, когда находятся под угрозой, но ей недостаёт скорости, когда она бежит на всех четырёх коротких конечностях.
С трудом она поднимает своё тело на задние ноги, и какое-то время стоит, покачиваясь. Теперь она может видеть поверх травы, и, что ещё важнее, она чувствует больше прохлады. Меньшая площадь поверхности её спины подставлена жаркому солнцу, и прохладный ветерок, который она теперь ощущает, успокаивает её шею и грудь (перегрев не был проблемой в тени леса). Более комфортной температуре, однако, противодействует дискомфорт в её ногах, поскольку это не естественная поза для неё. Возможно, она может двигаться быстрее таким способом, когда только две ноги опираются на землю. Она пробует это, но её ноги недостаточно сильны, и это неправильная поза для их работы. Её тело в естественном положении наклонено вперёд, и она не может двигать своими задними ногами достаточно быстро, чтобы оставаться в вертикальной позе.
[5] В оригинале сказано ‘half-cells’; это неверно, поскольку и неоплодотворённая яйцеклетка, и сперматозоид — это совершенно законченные клетки без признаков «половинчатости». Очевидно, втор имеет в виду половинный набор хромосом. — В. П.
[6] В настоящее время успешно произведены опыты по генной модификации на позвоночных животных. Генно-модифицированные рыбы данио (
[7] В настоящее время расшифрован и прочитан весь геном человека. — В. П.
[8] В оригинале сказано ‘amino acid molecules’. Здесь и далее Дугал Диксон явно путает строение молекул ДНК и белков. Молекула белка как раз и состоит из цепочки аминокислот, а ДНК — из нуклеиновых кислот, включающих фосфат, полисахарид дезоксирибозу и азотистое основание, то есть, из органических веществ, резко отличающихся по составу и строению от аминокислот. — В. П.
[9] В настоящее время исследования показали, что рамапитек не является прямым предком человека, а принадлежит к ветви, давшей начало современному орангутану. После написания этой книги, в конце XX и начале XXI века был открыт ряд видов ранних гоминид, представляющих родословную человека: