Машина творения: Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры

Поистине удивительное достижение компании Genentech открыло человеческому обществу новые перспективы на будущее. Мы впервые вмешались в биологический процесс, чтобы путем манипуляций с клетками и молекулами изменить то, что организм делал бы естественным образом. У здоровых людей клетки напоминают футуристическую автоматизированную, компьютеризированную фабрику высочайшего уровня эффективности. Представьте себе сети слаженно работающих современных роботов, 3D-принтеры, по требованию выпускающие все необходимое в любом количестве, цепочку поставок и систему логистики, оптимизированную для максимальной производительности, операционную систему с кодом в миллиарды строк, которая действует безостановочно. За всю историю человечества нам не удалось построить столь технологичную и совершенную машину или фабрики. Ваше тело – это мобильный гигакомплекс примерно из 40 трлн[28 - "An Estimation of the Number of Cells in the Human Body," Annals of Human Biology, https://informahealthcare.com/doi/abs/10.3109/03014460.2013.807878 (https://informahealthcare.com/doi/abs/10.3109/03014460.2013.807878).] футуристических клеточных фабрик, которые работают сообща, чтобы поддерживать в вас жизнь. Каждая из таких фабрик включает три основных компонента: набор инструкций, систему связи для передачи этих инструкций и производственную линию, выпускающую определенный продукт. Эти компоненты – ДНК, РНК и белок. Необъятная по широте генетическая экосистема, отвечающая за все формы жизни, состоит лишь из этих трех важнейших молекулярных агентов.

Из школьных уроков биологии мы знаем о напоминающей винтовую лестницу двойной спирали ДНК. Ее очень легко узнать, она известна всем и содержит нуклеотиды, обозначенные буквами A (аденин), T (тимин), G (гуанин) и C (цитозин) и химически связанные с сахарофосфатным основанием (дезоксирибоза и кислота). Нуклеотиды, образуя пары, плотно сцепляются друг с другом. Впрочем, разъединяются они относительно легко. При этом двойная спираль ДНК расходится в стороны, подобно застежке-молнии. Когда ДНК «расстегивается», клетка способна создавать точные копии своей ДНК, используя «расстегнутую» ДНК в качестве шаблона для записи новых, дополнительных нитей, а затем вновь сплетает обе нити. Порядок (или последовательность) четырех нуклеотидов в цепи ДНК кодирует информацию, которая необходима клетке для жизни и размножения. ДНК хранит наши генетические инструкции, и, хотя другие микроорганизмы (такие, как вирусы) могут иметь собственный набор инструкций, в пределах клетки правит балом именно ДНК. Не будет преувеличением сказать, что молекула ДНК считается, пожалуй, самой значимой молекулой во все времена (хотя у воды и кофеина, несомненно, тоже есть сторонники).

ДНК в клетках хранит генетические инструкции, но для того, чтобы сообщить клеточной фабрике, чего хочет от нее ДНК, требуется рибонуклеиновая кислота, или РНК. В расположенной внутри клетки сложной машине, называемой рибосомой, происходит преобразование (трансляция) РНК в последовательность аминокислот. Когда РНК попадает в рибосому, происходит волшебство. Матричная РНК, или мРНК, прикрепляется к рибосоме и ищет биологический эквивалент кнопки «Пуск» – трехбуквенную последовательность, обозначаемую как кодон. Рибосома обрабатывает всю нить мРНК, считывая каждый набор из трех букв, пока не обнаружит кнопку «Стоп». Тем временем вырабатывается продукт клеточной фабрики – белок.

Белки, представляющие собой цепочки аминокислот, – это основной структурный материал клеток, они проделывают большую часть оперативной работы. Существуют тысячи их типов, выполняющих целый спектр функций. Структурные белки, например коллаген, создают мягкий остов нашего тела в виде сухожилий и хрящей. Транспортный белок гемоглобин в красных кровяных тельцах перемещает кислород, играющий исключительно важную роль. Антитела – Y-образные белки обладают особыми способностями к распознаванию: впервые встречаясь с микробом, они прикрепляются к нему и либо сообща его уничтожают, либо блокируют, чтобы не заражал другие клетки. После выздоровления в организме в качестве клеток памяти остается небольшое количество вырабатывающих антитела иммунных клеток, которые при следующей встрече с тем же болезнетворным микробом вновь бросаются в бой. Такую же реакцию призваны вызывать и вакцины. Известно более 500 аминокислот, но в биологических системах регулярно встречаются лишь 20[29 - Christopher T. Walsh, Robert V. O'Brien, and Chaitan Khosla, "Nonproteinogenic Amino Acid Building Blocks for Nonribosomal Peptide and Hybrid Polyketide Scaffolds," Angewandte Chemie 52, no. 28 (July 8, 2013): 7098–124, https://doi.org/10.1002/anie.201208344 (https://doi.org/10.1002/anie.201208344).]. Если клетка – это футуристическая фабрика, то геном можно представить в виде футуристической операционной системы, в которой гены могут быть включены или выключены. У двух организмов может быть один и тот же ген, связанный с определенным признаком, но, если этот ген не включен, проявляться он не будет. Контроль над тем, какие гены включены, а какие выключены и в какой степени они активны, сложен и регламентирован. В нем участвуют не кодирующие белок последовательности, такие как промоторы и энхансеры, а также различные белковые факторы транскрипции. Это с трудом поддается изучению, поскольку указанные факторы трудно измерить в реальном времени, но вот пример из дикой фауны: большой зимний скат – представитель вида хрящевых рыб плоской формы – автоматически включает гены, дабы, изменив структуру тела, адаптироваться к повышению температуры воды в зимнее время, вызванному изменением климата[30 - Kavya Balaraman, "Fish Turn on Genes to Adapt to Climate Change," Scientific American, October 27, 2016, www.scientificamerican.com/article/fish-turn-on-genes-to-adapt-to-climate-change (http://www.scientificamerican.com/article/fish-turn-on-genes-to-adapt-to-climate-change).]. В отличие от традиционного завода или традиционного компьютера, где логика и структурные механизмы существуют отдельно друг от друга, операционная система для жизни требует полного взаимодействия – и мы только начинаем разбираться, как все это работает вместе. В традиционных компьютерах, таких как ваш ноутбук или смартфон, логика и структурные механизмы автономны. Допустим, на новом компьютере установлена последняя версия Windows, однако игры и программы для повышения производительности нужно покупать отдельно и загружать потом в устройство. В биологии, где машина глубоко взаимосвязана с информацией, все иначе.

Современные электронные компьютеры всё еще представляют собой улучшенную версию калькуляторов. Они так же потребляют энергию, такие же непрочные, не могут сами себя ремонтировать или воспроизводить и без подключения к принтеру не способны произвести ничего осязаемого. Клетки – устройства, которыми мечтали бы стать традиционные компьютеры, умей они мечтать: клетки сами себя воспроизводят, ремонтируют и работают практически от любого источника энергии.

Вот почему новаторская работа Genentech имела принципиальное значение, и вот почему в будущем синтетическая биология изменит жизнь. Когда мы научимся говорить на языке биологии и управлять им, у нас появится возможность влиять на то, что происходит в клетках. Не просто читать код и редактировать его – клонировать инсулин или вносить мелкие исправления, – а писать новые инструкции, обеспечивать их доставку по назначению и производить новые биологические продукты на той, клеточной, стороне. Хумулин был ранним продуктом синтетической биологии – области, пока совсем новой и развивающейся. Исследователи, чья деятельность связана с данной научной сферой, пытаются очертить ее контуры, при этом она охватывает химию, биологию, компьютерные технологии, проектирование и дизайн с единственной целью – получить доступ к клеточной фабрике и к операционной системе жизни, чтобы написать новый (и, возможно, лучший) биологический код.

Синтетическая биология пересекается с компьютерными технологиями, и в частности с искусственным интеллектом, используя машинное обучение и выявляя значимые закономерности в больших массивах данных. На машинном обучении работают сервисы, которыми вы часто пользуетесь, например рекомендации на YouTube и Spotify, а также голосовые помощники вроде Alexa и Siri. В контексте биологии машинное обучение позволяет исследователям выявлять, продвигаясь бесчисленными мелкими шажками, новые закономерности. Проведение опытов с несколькими переменными часто требует мельчайших методичных изменений в измерениях, материалах и исходных данных – и в итоге жизнеспособного продукта все равно может не получиться. DeepMind, подразделение компании Google, занимающееся исследованием и созданием систем искусственного интеллекта, которые затем применяются для решения сложных проблем, разработало способ тестирования и моделирования многосоставной структуры укладки (сворачивания) длинных цепочек аминокислот, решив тем самым проблему, долгое время не дававшую покоя ученым. Разработанная DeepMind для этой цели система AlphaFold была использована, чтобы предсказать структуру более чем 350 000 белков человека и 20 модельных организмов. К 2022 г. набор данных должен был, по ожиданиям, превысить 130 млн структур[31 - Ewen Callaway, "DeepMind's AI Predicts Structures for a Vast Trove of Proteins," Nature News, July 22, 2021, www.nature.com/articles/d41586-021-02025-4 (http://www.nature.com/articles/d41586-021-02025-4).]. Это позволит исследователям синтезировать новые препараты гораздо быстрее, чем путем подбора, как делали в Genentech при создании хумулина[32 - AlphaFold team, "A Solution to a 50-Year-Old Grand Challenge in Biology," DeepMind, November 30, 2020, https://deepmind.com/blog/article/alphafold-a-solution-to-a-50-year-old-grand-challenge-in-biology (https://deepmind.com/blog/article/alphafold-a-solution-to-a-50-year-old-grand-challenge-in-biology).]. В результате применения данного метода и других подходов синтетической биологии лаборатории чаще будут находить удачные варианты, что снизит стоимость вывода новых лекарств на рынок. Исследователи Genentech синтезировали инсулин человека до наступления эры искусственного интеллекта и компьютеров, использующих огромные массивы данных, машинное обучение и глубокие нейронные сети, созданные для того, чтобы превзойти по сообразительности самых умных представителей человечества. Сегодня существуют обширные базы данных о белках и обмене веществ, а компьютеры способны вновь и вновь запускать миллиарды процессов моделирования в поисках решения вычислительных задач. Если бы та же группа исследователей взялась за решение инсулиновой проблемы сейчас, им бы не пришлось месяцами круглосуточно корпеть в лаборатории над пробирками и чашками Петри. При наличии платформы, управляемой искусственным интеллектом, они в течение нескольких часов перебрали бы все возможные трехбуквенные комбинации и нашли бы идеальное решение.

40 трлн микроскопических фабрик выполняют инструкции, принимают решения, реплицируются и обмениваются друг с другом информацией – самостоятельно, в течение всего дня, даже не спрашивая у вас разрешения и не требуя вашего участия. В следующие десять лет синтетическая биология передаст полномочия по программированию главного суперкомпьютера – клеток – в руки человека.

РЕДАКТИРОВАНИЕ ПЛОХИХ ГЕНОВ

Что будет, если мы подвергнем сомнению глубоко укоренившееся убеждение, что плохие гены – например, те, что вызвали у Билла диабет I типа, – это всего лишь прискорбный факт человеческого существования? Биллу повезло. Его родители знали, как обеспечить мальчику очень хороший уход, и, что еще важнее, могли себе это позволить. На борьбу с заболеванием семья бросила все силы. По окончании учебного года его отправили на лето в лагерь для больных диабетом, где Билл проводил время в окружении других детей и врачей и учился справляться с болезнью. Но даже сегодня такой человек, как Билл, который отдыхал в специальном лагере и родители которого бдительно следят за его здоровьем, по-прежнему сталкивается с неопределенностью в отношении диабета.

В самый разгар пандемии COVID-19 миллионы американцев стали безработными и потеряли право на медицинское обеспечение. В соцсетях появились новые подпольные сети обмена информацией для диабетиков: люди, пользующиеся медицинской страховкой, отдавали лишние флаконы с инсулином диабетикам, которых в противном случае ожидала смерть[33 - "Why Diabetes Patients Are Getting Insulin from Facebook," Science Friday, December 13, 2019.], [34 - "Diabetic Buy Sell Trade Community".]. Это не были сделки, которые обычны на сайте продажи наркотиков «Шелковый путь» на задворках интернета. На сей раз люди создали систему, призванную спасать жизни. Но даже до пандемии 25 % диабетиков в США были вынуждены ограничивать потребление инсулина из-за его цены[35 - Michael Fralick and Aaron S. Kesselheim, "The U.S. Insulin Crisis–Rationing a Lifesaving Medication Discovered in the 1920s," The New England Journal of Medicine 381, no. 19 (November 7, 2019): 1793–95, https://doi.org/10.1056/NEJMp1909402 (https://doi.org/10.1056/NEJMp1909402).]. (В первую очередь это коснулось латиноамериканцев, коренных американцев и темнокожего населения – групп, для которых характерны частые случаи диабета и повышенный уровень бедности.) До того как пандемия привела к закрытию границ, диабетики из США часто ездили в Мексику или Канаду, чтобы купить инсулин подешевле[36 - "'The Absurdly High Cost of Insulin'–as High as $350 a Bottle, Often 2 Bottles per Month Needed by Diabetics," National AIDS Treatment AdvocacyProject, www.natap.org/2019/HIV/052819_02.htm (http://www.natap.org/2019/HIV/052819_02.htm).]. Инсулин, в котором ежедневно нуждаются примерно 10 % американцев[37 - "Insulin Access and Affordability Working Group: Conclusions and Recommendations | Diabetes Care," accessed May 31, 2021, https://care.diabetesjournals.org/content/41/6/1299 (https://care.diabetesjournals.org/content/41/6/1299).], [38 - William T. Cefalu, Daniel E. Dawes, Gina Gavlak, Dana Goldman, William H. Herman, Karen Van Nuys, Alvin C. Powers, Simeon I. Taylor, and Alan L. Yatvin, on behalf of the Insulin Access and Affordability Working Group, "Insulin Access and Affordability Working Group: Conclusions and Recommendations," Diabetes Care 41, no. 6 (2018): 1299–1311, https://care.diabetesjournals.org/content/41/6/1299 (https://care.diabetesjournals.org/content/41/6/1299).], производят только три компании – Sanofi, Novo Nordisk и Eli Lilly, и цена на него подскочила до небес. С 2012 по 2016 г. стоимость препарата на месячный курс лечения выросла вдвое – с 234 до 450 долларов[39 - Briana Bierschbach, "What You Need to Know About the Insulin Debate at the Capitol," MPR News, August 16, 2019, www.mprnews.org/story/2019/08/16/what-you-need-to-know-about-the-insulin-debate-at-the-capitol (http://www.mprnews.org/story/2019/08/16/what-you-need-to-know-about-the-insulin-debate-at-the-capitol).]. Сегодня цена одного флакона с инсулином может доходить до 250 долларов. Некоторым диабетикам в месяц требуется шесть флаконов, что иногда вынуждает американцев, не обеспеченных хорошей медицинской страховкой, уменьшать дозу или решать, куда потратить деньги – на инсулин, на продукты для семьи или на оплату жилья. Фармацевтические компании будут настаивать на том, что растущие цены отражают стоимость инноваций. На создание все более эффективных формул, испытаний и технологий уходят деньги и время – как мы видели на примере Genentech и опытов Бантинга и Беста, – и, будучи акционерными обществами, фирмы обязаны возвращать инвестиции, вложенные в исследования и разработки. В этом состоит ирония судьбы. Напомним, что, когда Бантинг и Бест со своей командой открыли и создали инсулин в 1923 г., они отказались извлекать коммерческую выгоду из своего продукта и зарабатывать на нем. Всего за 1 доллар они продали патент Торонтскому университету, так как хотели, чтобы все нуждающиеся в жизненно важном лекарственном препарате могли его купить. «Сейчас, когда идет поиск выхода из кризиса, связанного со стоимостью инсулина, – пишет редакция The New England Journal of Medicine, – полезно помнить о том, что они [Бантинг и Бест]… считали, что инсулин принадлежит обществу. Спустя почти 100 лет тысячи американцев не могут купить инсулин из-за его высокой стоимости»[40 - Michael Fralick and Aaron S. Kesselheim, "The U.S. Insulin Crisis–Rationing a Lifesaving Medication Discovered in the 1920s," The New England Journal of Medicine 381, no. 19 (November 7, 2019): 1793–95, https://doi.org/10.1056/NEJMp1909402 (https://doi.org/10.1056/NEJMp1909402).]. Современный инсулин производится на заводах с использованием синтетического процесса, который просто имитирует то, что должен делать сам организм. С развитием синтетической биологии мы выйдем за рамки имитации: возможно, будет создан штамм модифицированных клеток, вырабатывающих инсулин более сложным и более точным образом. Одна из самых многообещающих разработок связана с реинжинирингом клеток, в результате чего они будут способны производить инсулин только тогда, когда он необходим. Это повлечет серьезные последствия: что, если в будущем флаконы с дорогостоящим инсулином станут не нужны? Что, если вместо инсулиновых помп и инъекций диабетики станут однократно принимать определенную дозу синтетических клеток, способных реагировать на уровень глюкозы в крови и самостоятельно вырабатывать инсулин?

Как бы фантастически это ни звучало, такое будущее ближе, чем кажется. В 2010 г. один из выдающихся биотехнологов Крейг Вентер возглавил команду, которая синтезировала ДНК целой бактерии. Ученые скопировали то, что уже существовало в природе, но добавили один нюанс. Новый геном включал имена 46 исследователей, которые помогали писать проект, а также цитаты из высказываний Роберта Оппенгеймера, строки из стихотворений Джеймса Джойса и секретные сообщения, которые могли расшифровать только члены команды. И, размножаясь, бактерии из поколения в поколение переносили этот новый биологический код, а также стихи, цитаты и сообщения. Впервые было получено подтверждение того, что создание новой формы жизни, запрограммированной на выполнение определенных задач и способной воспроизводиться, возможно[41 - Daniel G. Gibson, John I. Glass, Carole Lartigue, Vladimir N. Noskov, Ray-Yuan Chuang, Mikkel A. Algire, Gwynedd A. Benders, et al., "Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome," Science 329, no. 5987 (July 2, 2010): 52–56, https://doi.org/10.1126/science.1190719 (https://doi.org/10.1126/science.1190719).]. Это был не просто синтез инсулина человека. Это была целенаправленная и спланированная эволюция жизни с использованием созданного компьютером генома. Мельком эту силу мы увидели в 2019 г., когда работавшие с Вентером исследователи продемонстрировали, что генетический код можно написать. Это событие указывало на то, что в будущем появится возможность улучшать генетическую комбинацию, доставшуюся таким людям, как Билл[42 - "No More Needles! Using Microbiome and Synthetic Biology Advances to Better Treat Type 1 Diabetes," J. Craig Venter Institute, March 25, 2019, www.jcvi.org/blog/no-more-needles-using-microbiome-and-synthetic-biology-advances-better-treat-type-1-diabetes (http://www.jcvi.org/blog/no-more-needles-using-microbiome-and-synthetic-biology-advances-better-treat-type-1-diabetes).]. Иными словами, если клетки можно перепрограммировать, то, возможно, у диабетиков есть шанс стать своей собственной аптекой. Более широкие последствия обоснованны и вместе с тем не фатальны: если группа ученых способна создать новый штамм бактерий с филигранной биологической подписью «Жить, ошибаться, терпеть неудачи, побеждать, воссоздавать жизнь из другой жизни»[43 - Carl Zimmer, "Copyright Law Meets Synthetic Life Meets James Joyce," National Geographic, March 15, 2011, www.nationalgeographic.com/science/article/copyright-law-meets-synthetic-life-meets-james-joyce (http://www.nationalgeographic.com/science/article/copyright-law-meets-synthetic-life-meets-james-joyce).], то какие пользовательские функции и характеристики могут быть встроены в наш живой механизм? Если в будущем вся жизнь станет программируемой, то люди, обладающие соответствующими знаниями и возможностями, будут наделены безграничной властью. Им по силам будет создавать жизнь, вносить изменения в существующие ее формы, делать практически всё – будь то во благо или во зло. Именно поэтому второе состязание с участием не одной клетки или белка, например инсулина, а всего генома человека превратилось в еще более азартную гонку, победителем которой стал малообещающий игрок, а в результате возникли вопросы, кому следует предоставлять права на запись нашего общего биологического кода.

2

Забег до стартовой линии

Для продвижения гипотезы о возможности расшифровки кода жизни, а следовательно, ее реконструкции и восстановления или даже перепроектирования под самые разнообразные цели ученым требовался инструментарий. Открыв и синтезировав инсулин, мы построили карту, создали инструменты, а со временем и компьютерную систему и добились желаемого, однако по ходу дела возникло множество новых проблем. Сделать новое открытие оказалось проще, чем бороться с политическими и организационными структурами в сфере самой науки. Все началось с состязания с опасными конкурентами, представлявшими новое поколение, новую науку и частное финансирование, и традиционалистами, отдававшими предпочтение консервативным методам и получавшими финансирование от правительства.

Прежде чем стало возможным секвенирование генов, ученые должны были ответить на важнейший вопрос: насколько плотно гены прилегают друг к другу в нити ДНК?

В начале 1980-х гг. американские Министерство энергетики и Управление по науке и технике организовали в штате Юта встречу для обсуждения проблем генетики и энергетики. Тема встречи была связана с поистине ужасным событием и его последствиями. Долгие годы после атомных бомбардировок Нагасаки и Хиросимы 1945 г. правительство США вело систематическое (и не добровольное) исследование выживших японцев. Конгресс поручил организациям – предшественницам Министерства энергетики – Комиссии по атомной энергии и Комиссии по научным исследованиям и разработкам в сфере энергетики – изучить воздействие радиации[44 - "A Brief History of the Department of Energy," US Department of Energy, www.energy.gov/lm/doe-history/brief-history-department-energy (http://www.energy.gov/lm/doe-history/brief-history-department-energy).]. В течение десятилетий ученые анализировали последствия применения химических веществ и излучения в надежде понять структуру генома и возникшие мутации. В 1984 г. на момент встречи в Юте эти исследования еще продолжались[45 - Robert Cook-Deegan, "The Alta Summit, December 1984," Genomics 5 (October 1989): 661–63, archived at Human Genome Project Information Archive, 1990–2003, https://web.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/alta.shtml (https://web.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/alta.shtml).]. Среди участников были такие мэтры, как биолог Дэвид Ботштейн (Массачусетский технологический институт), биохимик Рональд Дэвис (Стэнфордский университет), генетики Марк Сколник и Рэй Уайт (Университет Юты)[46 - Там же.]. Разговор принял неожиданный оборот, когда генетик Джордж Чёрч из Гарварда повел речь о последствиях использования атомной энергии и эволюции человека. В итоге он высказал мысль о том, что необходима более полная генетическая карта, и в дальнейшей беседе возникла новая гипотеза: теоретически можно предсказать вероятность того, что два гена тесно соединены друг с другом на основании того, как часто они разделяются при расплетении и рекомбинации ДНК. Это, по мнению ученых, позволило бы строить карты генетических связей человека. Таким образом, намерение создать карту генома человека внушало доверие, даже если технических возможностей для его реализации на тот момент не было. Чем больше Чёрч и остальные члены группы думали в этом направлении, тем больше смысла обретал проект изучения генома; однако его реализация требовала масштабных усилий. Чёрч стал вдохновителем первых шагов по разработке идеи проекта. Далее последовал ряд встреч, приведших в конечном итоге к инициативе по секвенированию полного генома человека[47 - "Oral History Collection," National Human Genome Research Institute, www.genome.gov/leadership-initiatives/History-of-Genomics-Program/oral-history-collection (http://www.genome.gov/leadership-initiatives/History-of-Genomics-Program/oral-history-collection).]. Однако вскоре несколько федеральных ведомств затеяли борьбу, связанную с определением содержания проекта, его финансированием и контролем над ним. Некоторые настаивали на том, что если уж составлять карту полного генома человека (чего ранее никто не делал), то руководить работой, конечно же, должен такой орган, как NIH (Национальные институты здоровья), а никак не Министерство энергетики, выступившее организатором конференции в Юте[48 - "About the Human Genome Project," Human Genome Project Information Archive, 1990–2003, https://web.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/index.shtml (https://web.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/index.shtml).]. Тем временем Национальная академия наук США учредила специальный комитет, который должен был оценить ситуацию и дать рекомендации парламентариям. В 1987 г. конгресс решил, что под эгидой NIH необходимо учредить новую структуру – проект «Геном человека» (Human Genome Project). Джеймс Уотсон, получивший Нобелевскую премию за открытие двойной спирали ДНК и работавший в NIH, в 1988 г. выступил перед конгрессом с речью о том, что взлом молекулы и расшифровка генома чрезвычайно важны и такой проект следует продолжать, даже если на это уйдут десятилетия работы и миллиарды долларов[49 - Institute of Medicine, Committee to Study Decision, Division of Health and Sciences Policy, Biomedical Politics, ed. Kathi Hanna (Washington, DC: National Academies Press, 1991).]. Национальные институты здоровья и Министерство энергетики подписали меморандум о взаимопонимании, с тем чтобы «координировать научно-исследовательскую и техническую деятельность, связанную с геномом человека», а Уотсон был назначен руководителем нового управления по исследованию генома человека в NIH и курировал проект[50 - "Human Genome Project Timeline of Events," National Human Genome Research Institute, www.genome.gov/human-genome-project/Timeline-of-Events (http://www.genome.gov/human-genome-project/Timeline-of-Events).]. Согласно первоначальному плану, секвенировать геном предполагалось к 2005 г. – программа была рассчитана на 15 лет при трех пятилетних циклах финансирования. Основную часть средств должны были получить NIH, Министерству энергетики отводилась второстепенная роль[51 - Там же.]. В то время сотрудником NIH был Джон Крейг Вентер – подающий надежды молодой ученый, в равной степени известный скоростью своей работы и конфликтами с начальством. Спустя годы он вызовет недовольство наследников Джойса, поскольку без спросу поместил стихотворение классика внутри клетки.

Вентер вырос в рабочем городке Миллбрэй (штат Калифорния), расположенном к западу от международного аэропорта Сан-Франциско[52 - "Mills HS Presents Craig Venter, Ph.D." Millbrae Community Television, 2017, https://mctv.tv/events/mills-hs-presents-craig-venter-ph-d.]. С юных лет он отличался неутолимым желанием рисковать. Например, любил гонять по взлетно-посадочной полосе на велосипеде наперегонки с самолетами и не прекратил заниматься этим даже после того, как получил нагоняй от охранников аэропорта. Его семья жила в скромном доме у железной дороги, и порой мальчик развлекался тем, что вставал на рельсы перед мчащимся поездом и соскакивал в самый последний момент. В старших классах ему не было равных на уроках труда и биологии; он постоянно что-то мастерил и к окончанию школы построил два скоростных катера. Также он любил проводить время на пляже и заниматься сёрфингом, когда позволяла погода. А зачастую и когда не позволяла[53 - Stephen Armstrong, "How Superstar Geneticist Craig Venter Stays Ahead in Science," Wired UK, June 9, 2017, www.wired.co.uk/article/craig-venter-synthetic-biology-success-tips (http://www.wired.co.uk/article/craig-venter-synthetic-biology-success-tips).]. В 1964 г., чтобы избежать призыва, Вентер поступил на флот и стал служить санитаром – по сути, фельдшером – в госпитале ВМФ в Сан-Диего. С утра он проводил люмбальные пункции и биопсии печени, а по вечерам направлялся на песчаный берег Ла-Хойя ловить волну. В конце концов Вентер все равно попал во Вьетнам и отбыл кровавый срок в военно-морском госпитале в Дананге во время Тетского наступления 1968 г., то и дело конфликтуя со старшими офицерами. По возвращении на родину он защитил диссертацию в Калифорнийском университете в Сан-Диего, где учился у знаменитого биохимика Натана Каплана, участвовавшего в Манхэттенском проекте[54 - Jason Schmidt, "The Genome Warrior," The New Yorker, June 4, 2000, www.newyorker.com/magazine/2000/06/12/the-genome-warrior-2 (http://www.newyorker.com/magazine/2000/06/12/the-genome-warrior-2).].

Вентер стал сотрудником NIH в 1984 г., когда большинство исследователей использовали трудоемкий процесс считывания по крупицам полной последовательности каждого изучаемого гена. Глядя на них, Вентер вспоминал времена, когда он без продыха трудился за верстаком или когда выхаживал тяжелораненых во Вьетнаме – обе эти ситуации научили его решать проблемы, невзирая на недостаток информации. На сей раз он решил, что определять последовательности генов можно было бы быстрее, если делать это по изолированным фрагментам, а затем собирать их, как пазл.

Применив этот неортодоксальный подход, он начал выделять так называемые EST (expressed sequence tags) – теги экспрессируемых последовательностей, представляющие собой нити мРНК, которые копируются обратно в ДНК с помощью фермента – обратной транскриптазы[55 - "Genetics and Genomics Timeline: 1991," Genome News Network, www.genomenewsnetwork.org/resources/timeline/1991_Venter.php (http://www.genomenewsnetwork.org/resources/timeline/1991_Venter.php).]. Эти короткие фрагменты ДНК позволяют получить представление о том, какие гены существуют, в каком месте генома они расположены и включены ли они в конкретной клетке либо ткани. Вентер использовал EST для того, чтобы идентифицировать элементы ранее неизвестных генов человека. Если EST – это частицы пазла, подумал он, то с помощью специальных компьютеров их можно обнаружить, соединить и увидеть более полную генетическую картину. Его коллегам идея не понравилась: метод казался им некорректным по сравнению с традиционной обстоятельной работой, которую они предпочитали. Вентер не обращал на них внимания. К 1991 г. он идентифицировал новые частичные последовательности около 350 человеческих генов – намного больше, чем кто-либо другой; на тот момент это были самые полные данные о геноме человека[56 - См. прим. 11.]. Для объективной оценки этого результата надо учесть, что в диплоидном геноме человека не менее 6,4 млрд букв генетического кода – примерно столько, сколько букв в четырех тысячах экземпляров «Моби Дика»[57 - В то время не было единого мнения относительно того, сколько генов содержит геном человека. Вплоть до 2000 г. в спорах между учеными звучало усредненное число 62 500.]. Однако 350 было лишь началом. Новый метод Вентера оказался более простым по сравнению с традиционным, при этом высокоэффективным и значительно ускорил работу. По вполне понятным причинам кое-кто из ученых почувствовал опасность. Когда Вентер готовил публикацию о своем исследовании в авторитетном научном журнале, некоторые из коллег умоляли его отказаться от этой затеи, опасаясь за собственную репутацию и за то, что финансирование работ по секвенированию генома окажется под угрозой. Вентер не поддался на эти уговоры, понимая, что сверхмощные компьютеры и устройства генерации последовательностей быстро сделают предложенную им методологию гораздо производительнее и что публикация статьи поможет быстрее заручиться поддержкой[58 - Douglas Birch, "Race for the Genome," Baltimore Sun, May 18, 1999.].

Джеймс Уотсон между тем относился к своему напористому молодому подчиненному неодобрительно[59 - John Crace, "Double Helix Trouble," The Guardian, October 16, 2007, www.theguardian.com/education/2007/oct/16/highereducation.research (http://www.theguardian.com/education/2007/oct/16/highereducation.research).]. Проект «Геном человека» представлял собой невероятно сложную задачу, которую, на взгляд Уотсона, оптимально было бы решать совместными усилиями самых разных групп. По всей стране он учредил множество научных организаций, каждая из которых занималась секвенированием ДНК. На эту титаническую работу он заложил грандиозный бюджет – 3 млрд долларов (примерно 6 млрд долларов на сегодняшний день), поступивших от нескольких государственных учреждений США и от лондонского Wellcome Trust, одного из крупнейших благотворительных медицинских фондов в мире[60 - "Human Genome Project Budget," Human Genome Project Information Archive, 1990–2003, https://web.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/budget.shtml (https://web.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/budget.shtml).], [61 - "CPI Calculator by Country," Inflation Tool, www.inflationtool.com (http://www.inflationtool.com/).]. Вместе с коллегами Уотсон составил первоначальный пятилетний план, определяющий цели проекта. Прежде всего предстояло разработать и усовершенствовать технологию, необходимую для секвенирования генома человека путем выделения каждой хромосомы и фрагментов клонов, чтобы создать библиотеки клонов. Далее, упорядочив эти клоны с помощью генетических и физических методов, предстояло получить пересекающееся множество. К середине 1990-х гг. планировалось начать секвенирование этих клонов и анализ последовательностей с помощью компьютеров для идентификации генов, а затем в конечном итоге определять, какие из них связаны с неизлечимыми генетическими заболеваниями, такими как болезнь Хантингтона, синдром ломкой Х-хромосомы и другие. При этом еще требовалось разработать более быстрые, автоматизированные методы работы, особенно связанной с секвенированием ДНК.

Уотсон представлял старую гвардию – традиционалистов, которые не искали новых подходов и которых беспокоила скорость в работе. Однако ограниченность Уотсона распространялась не только на научные исследования. До того как Уотсон и Крик получили известность благодаря открытию двойной спирали ДНК, выдающийся молодой ученый из Королевского колледжа Розалинд Франклин исследовала молекулу ДНК методом рентгеновской кристаллографии, при котором молекулу облучали рентгеновскими лучами[62 - "Rosalind Franklin: A Crucial Contribution," reprinted from Ilona Miko and Lorrie LeJeune, eds., Essentials of Genetics (Cambridge, MA: NPG Education, 2009), Unit 1.3, Nature Education, www.nature.com/scitable/topicpage/rosalind-franklin-a-crucial-contribution-6538012 (http://www.nature.com/scitable/topicpage/rosalind-franklin-a-crucial-contribution-6538012).]. Франклин пыталась понять, каким образом ДНК, которая, как известно, участвует в трансформации клеток, кодирует генетическую информацию. Направив рентгеновские лучи на образец кристаллизованной молекулы, Франклин получила изображение специфической структуры, но что это была за структура, она пока не знала. Старший по должности коллега без ведома Франклин показал ее работу Уотсону, а чем это закончилось, вы знаете: тот, совместно с Криком, предположил, что молекула ДНК имеет форму двойной спирали, состоящей из двух цепочек нуклеотидов. Уотсон не только отказался поставить это открытие в заслугу Франклин, но и позднее в своей книге «Двойная спираль» (The Double Helix) позволил себе в ее адрес сексистские высказывания. Он снисходительно называл ее Рози (она сама никогда не использовала это имя) и акцентировал внимание исключительно на ее внешности, а не на научной деятельности:

Подозреваю, Морис поначалу надеялся, что Рози успокоится. Но одного взгляда на нее было достаточно, чтобы понять: просто так она не уступит. Свою женственность она предпочитала не подчеркивать. Несмотря на грубые черты лица, она не была лишена привлекательности и вполне могла блистать, стоило ей хоть немного уделить внимание внешнему виду. Однако этого она не делала. Никогда не подкрашивала губы, чтобы оттенить прямые черные волосы, и в тридцать один год проявляла в одежде творческое воображение примерных английских школьниц. Поэтому легко можно было предположить, что у нее была неудовлетворенная мать, сверх меры упиравшая на то, что профессиональная карьера спасает умных девушек от брака с глупыми мужчинами[63 - James D. Watson, The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA (London: Weidenfeld and Nicolson, 1981).].

Уотсон занимал откровенно жесткую позицию неприятия по отношению к женщинам, темнокожим и представителям квир-сообщества и считал, что естественные науки и исследовательская деятельность не для них. В 1997 г. в интервью репортеру британской газеты The Sunday Telegraph он заявил, что если будет обнаружен ген, отвечающий за сексуальную ориентацию, то следует немедленно позволить делать аборты женщинам, не желающим рожать гомосексуалистов[64 - Julia Belluz, "DNA Scientist James Watson Has a Remarkably Long History of Sexist, Racist Public Comments," Vox, January 15, 2019, www.vox.com/2019/1/15/18182530/james-watson-racist (http://www.vox.com/2019/1/15/18182530/james-watson-racist).]. В выступлении перед группой студентов в Калифорнийском университете в Беркли он сообщил, что не возьмет на работу толстяка, и высказал ложную гипотезу о наличии генетической связи между цветом кожи и половым влечением, предположив, что чем темнее кожа, тем выше либидо[65 - Tom Abate, "Nobel Winner's Theories Raise Uproar in Berkeley: Geneticist's Views Strike Many as Racist, Sexist," SF Gate, November 13, 2000, www.sfgate.com/science/article/Nobel-Winner-s-Theories-Raise-Uproar-in-Berkeley-3236584.php (http://www.sfgate.com/science/article/Nobel-Winner-s-Theories-Raise-Uproar-in-Berkeley-3236584.php).]. В документальном фильме Би-би-си 2003 г. Уотсон сказал, что одним из полезных практических применений генетических исследований может стать исправление такой, по его мнению, беды, как некрасивые женщины. «Люди говорят, будет ужасно, если мы всех девушек сделаем привлекательными. А я думаю, это было бы замечательно»[66 - Brandon Keim, "James Watson Suspended from Lab, but Not for Being a Sexist Hater of Fat People," Wired, October 2007, www.wired.com/2007/10/james-watson-su (http://www.wired.com/2007/10/james-watson-su).]. В 2007 г. в интервью газете The Times of London он заявил, что африканцы менее умны, чем европейцы, по причине скрещивания: «Вся социальная политика [Англии] строится на том, что у них такой же интеллект, как у нас, – тогда как все тесты говорят об обратном»[67 - "James Watson: Scientist Loses Titles After Claims over Race," BBC News, January 13, 2019, www.bbc.com/news/world-us-canada-46856779.]. В том же году в интервью журналу Esquire он поддержал стереотипные представления о евреях. «Почему не все так умны, как евреи-ашкеназы?» – задался он вопросом, намекая на то, что умным и богатым людям – пусть и не евреям – следует платить, чтобы они рожали больше детей[68 - John H. Richardson, "James Watson: What I've Learned," Esquire, October 19, 2007, www.esquire.com/features/what-ive-learned/ESQ0107jameswatson (http://www.esquire.com/features/what-ive-learned/ESQ0107jameswatson).]. В 2019 г. Уотсон высказывался еще резче, заявив в документальном фильме PBS: «Как правило, в результатах интеллектуального тестирования черных и белых есть различия. Я бы сказал, что эти различия обусловлены генетически»[69 - См. прим. 21.]. Вполне понятно, что со стороны Вентера он чувствовал угрозу. Тот большую часть своей жизни носил длинные волосы, защищал интересы женщин и хотел жить в окружении самых умных людей, кем бы они ни были. Значение для него имела лишь наука.

Вентер не скрывал своего раздражения, и это привело к расколу в NIH. Он полагал, что разработанный им процесс позволил бы выполнить работу быстрее и с гораздо меньшими издержками, и понимал: отчасти причиной происходящего было то, что NIH вполне устраивали устоявшиеся системы и подходы. Однако Вентер во всем винил Уотсона, считая того некомпетентным руководителем. Насажденная Уотсоном бюрократия, по мнению Вентера, «была бессмысленной, раздражала, выбивала из колеи и отвлекала от науки»[70 - Clive Cookson, "Gene Genies," Financial Times, October 19, 2007.]