Микрокосм: E. coli и новая наука о жизни Циммер Карл
В наших руках, однако, правила генетического кодирования изменились. Шульц и другие исследователи теперь пытаются разобраться, какую практическую пользу можно извлечь из белков E. coli, которых нет в природе. Возможно, такие белки позволят E. coli исправить одну из крупнейших неудач генной инженерии. Дело в том, что, в отличие от бактерий, клетки эукариот модифицируют белки, присоединяя к ним углеводные компоненты. Они участвуют в процессе сборки белка и влияют на его функционирование. E. coli может синтезировать точные копии наших белков — все аминокислоты точно на местах, — но если она не в состоянии добавить в нужных местах эти углеводы, то получившиеся белки для нас бесполезны.
Шульц с коллегами нашел способ обойти эту проблему. Вместо того чтобы добавлять углеводы к готовому белку, они добавляют их к отдельным аминокислотам, а затем так модифицируют E. coli, чтобы она распознавала аминокислоты с углеводным компонентом. Таким образом, бактерия может собирать белки с уже присоединенными углеводами, готовые для употребления человеком. Оказывается, то, что неестественно для E. coli, совершенно естественно для нас.
Сетевой взлом
Генная инженерия, которая на первый взгляд производит впечатление науки будущего, на самом деле достаточно примитивна и основана на биологических представлениях 1950–х гг. В мире генной инженерии E. coli и другие бактерии — всего лишь простые химические фабрики, выпускающие определенный набор белков. Достаточно изменить один ген, и один из производимых белков тоже изменится. Специалисты прекрасно понимают, что жизнь ни в коем случае не сводится к производству белков. Существуют еще, к примеру, репрессоры и промоторы, чья задача — включать и выключать гены. Но многие специалисты в области генной инженерии используют эту ценную информацию только для того, чтобы улучшить производительность E. coli и других организмов.
Возможен и другой взгляд на E. coli: бактерию можно рассматривать как управляющую схему или сетевую структуру. Ее белки и гены работают согласованно, позволяя микроорганизму получать и обрабатывать информацию, принимать решения, поддерживать устойчивое существование в нашем неустойчивом мире. Мощь управляющей сети E. coli обеспечивается суммой ее частей, а не одним, какимнибудь геном или белком. Заметим также, что искусственные, рукотворные устройства человек постоянно улучшает — инженеры перерабатывают старые схемы, добавляют новые части. И некоторые ученые уже задаются вопросом: если жизнь тоже придерживается инженерных принципов, то, может быть, и ее можно доработать?
Первые сообщения об усовершенствовании живых организмов появились в 2000 г., и в обоих случаях речь шла о E. coli. Физик Майкл Еловиц из Калифорнийского технологического института совместно со Станисласом Лейблером из Университета Рокфеллера в Нью — Йорке заставили этот микроорганизм мигать. Для своего нового управляющего контура они выбрали три гена, отвечающих за производство трех разных репрессоров. Они модифицировали первый ген так, чтобы репрессор, за синтез которого он отвечает, блокировал активность второго гена. Репрессор, кодируемый вторым геном, блокирует третий. Третий реирессор, в свою очередь, блокирует первый; кроме того, кодирующий его ген отвечает за строительство флуоресцентного белка, позаимствованного у медуз.
Еловиц и Лейблер обнаружили, что в некоторых модифицированных ими бактериях три репрессора образовали циклическую систему. Первый ген командует производством репрессоров до тех пор, пока они не блокируют второй ген; третий ген при этом освобождается и блокирует первый. Когда первый ген прекращает выработку своего репрессора, второй ген освобождается и блокирует третий и так далее. Еловиц и Лейблер объединили эти гены в одной плазмиде и ввели ее в клетку E. coli. В бактериальной клетке гены активизировались, и ученые смогли наблюдать этот процесс собственными глазами: в зависимости от степени подавления активности третьего гена E. coli вырабатывала больше или меньше флуоресцентного белка. Иными словами, бактерия мигала, как крошечный фонарик.
Второе сообщение поступило из лаборатории Джеймса Коллинза в Бостонском университете. Коллинз с коллегами снабдили E. coli триггерным переключателем. Они сконструировали и ввели в бактериальную клетку два гена, каждый из которых отвечал за производство репрессора, который блокировал активность другого гена. Каждый из двух репрессоров можно было оттащить от ДНК E. coli путем добавления в раствор определенного (в каждом случае своего) химического вещества. Чтобы увидеть, как работает эта система, ученые ввели в один из участвующих в ней генов инструкцию по производству флуоресцентного белка. Добавлние одного из химических веществ заставляло бактерии светиться, причем свечение продолжалось даже после прекращения действия этого вещества. При добавлении второго вещества свечение прекращалось, и E. coli оставалась темной даже после того, как вещество заканчивалось.
На сегодняшний день эти эксперименты считаются вехами, отметившими рождение новой науки, которую многие называют синтетической биологией. Возможно, комуто такая оценка покажется преувеличенной — ведь мигающую лампочку или переключатель может за несколько минут собрать любой сообразительный ребенок с электронным конструктором. Но биологи и инженеры понимают, что вслед за простыми схемами могут прийти и сложные. Из нескольких простейших логических элементов может получиться компьютерный чип.
Я пишу эту книгу всего через шесть лет после зарождения синтетической биологии, и ученые еще не построили на основе E. coli компьютерного чипа[28]. Но путь от мигалки и выключателя уже пройден немалый. Фотокамера из E. coli, о которой говорилось в начале этой главы, — хороший пример сегодняшних возможностей этой молодой науки. Каждый год Массачусетский технологический институт проводит турнир по синтетической биологии, в рамках которого студенты пытаются превратить E. coli в различные устройства. В 2004 г. студенты Техасского университета и Калифорнийского университета в Сан- Франциско вместе сконструировали бактерию, способную зафиксировать изображение. Они представили на конкурс пленку из модифицированной E. coli, которая вела себя как традиционная фотопленка, то есть темнела там, где на нее не падал свет. Чем больше на пленку попадало света, тем светлее она становилась. Обычная E. coli не ощущает свет и не может создавать цветовых пятен. Но студенты сконструировали штамм, способный и на то и на другое. Они позаимствовали ген, отвечающий за светочувствительный рецептор, у одного из видов сине — зеленой водоросли под названием Synechocystis[29]. А для окрашивания — гены того же Synechocystis, отвечающие за синтез пигмента.
Сложнее всего было соединить два набора генов в единую систему. Студенты модифицировали светочувствительные рецепторы так, чтобы они передавали сигнал на обычные молекулы, производимые самой E. coli. Получив сигнал, эти молекулы присоединялись к ДНК микроорганизма и блокировали синтез ферментов, необходимых для производства пигмента Synechocystis. Время экспозиции для E. coli составляет 10–12 часов, да и изображение получается расплывчатым и какимто призрачным. Но зато, поскольку каждый микроорганизм изменяет свой цвет независимо от других, разрешение «фотографии» получается очень высоким — примерно в десять раз выше, чем у самых качественных принтеров.
Подобные эксперименты внушают специалистам по синтетической биологии великие надежды на будущее. Вскоре они смогут синтезировать ДНК для получения совершенно новых генов, причем стоимость этого процесса будет невелика. В настоящее время никто не знает, как сконструировать ген, который выполнял бы заданную функцию, но исследователи научились вносить изменения в уже существующие гены и просчитывать, как эти изменения скажутся на белке, за синтез которого они отвечают. Уже разработаны новые гены, которые позволяют E. coli распознавать нервно — паралитический газ и тротил. Один из самых амбициозных проектов запущен в Калифорнийском университете в Беркли, где ученые пытаются создать генетически модифицированные штаммы E. coli и дрожжей, которые могли бы вырабатывать противомалярийное средство под название артемизинин. В природе этот препарат вырабатывает только полынь однолетняя. Если бы к производству артемизинина удалось приспособить микроорганизмы, его стоимость, возможно, упала бы в десять раз.
Тем временем Кристофер Войт с коллегами создает штаммы E. coli, которые когданибудь, возможно, смогут бороться с раком. Его бактерии разыскивают в организме опухоли по низкому содержанию кислорода, и затем «впрыскивают» токсины в раковые клетки. Войт надеется когданибудь превратить E. coli или какойнибудь другой микроорганизм в «умное» лекарство, способное самостоятельно принимать решения о том, как и когда следует выделять лекарственное вещество для лечения болезни. Возможно, они смогут также считать собственные циклы деления и после определенного их числа заканчивать жизнь самоубийством. Другие ученые пытаются превратить E. coli в солнечную батарею, способную улавливать солнечный свет и превращать его в топливо. Специалисты по синтетической биологии надеются, что когданибудь им удастся продвинуться дальше E. coli и приступить к работе с другими организмами, как это в свое время произошло с генной инженерией. Не исключено, что когданибудь они смогут вмешаться и в программирование человеческих клеток: к примеру, заставить организм вырастить новый орган.
Все то, о чем говорилось выше, занимает мысли специалистов по синтетической биологии в хорошие дни. Когда же накатывает дурное настроение, они вспоминают обо всех трудностях и препятствиях, которые ждут их впереди.
Инженерам, к примеру, нужны стандартизованные детали. Конструируя токарный станок или газонокосилку, инженер не придумывает заново болты, которые должны скреплять детали машины. Он просто указывает, какие болты и гайки из стандартного набора следует использовать. Но это относительно недавнее достижение. До середины XIX в. резьба на болтах, сделанных на одном заводе, могла полностью отличаться от той, которая была на болтах другого завода. Стандартизация болтов ускорила технический прогресс и, возможно, сыграла очень существенную роль в промышленной революции.
Пока что синтетическая биология в некоторых отношениях находится еще на доиндустриальной стадии развития — это ремесло для умельцев и мастеров. Еловицу и его коллегам — специалистам мирового класса по E. coli и ее генам — на получение мигающей бактерии потребовалось больше года. Даже добившись успеха, они оказались в тупике — другим ученым было бы очень трудно какимто образом улучшить их схемы или включить их в другие, более сложные. С одной стороны, сначала им пришлось бы воспроизвести схему, что само по себе очень непросто. К тому же эта схема может работать только в определенном штамме E. coli, а определить эти штаммы можно, лишь сверяясь с детально разработанным «генеалогическим древом», где за происхождением бактерий следят не менее тщательно, чем за происхождением коронованных особ. Любой инженер почувствовал бы отчаяние перед лицом таких трудностей.
Начиная с 2001 г. Дрю Энди и Том Найт из Массачусетского технологического института создают генетический банк для синтетической биологии. Если вам понадобится добавить к своей схеме переключатель, вы сможете поискать его на сайте BioBricks, загрузить на свой компьютер необходимую последовательность ДНК, заказать соответствующие фрагменты ДНК через биотехнологическую фирму и ввести их в клетку E. coli. На текущий момент в каталоге BioBricks содержится более 160 готовых схем; это не только упрощает исследования в области синтетической биологии, но и способствует развитию соответствующего профессионального сообщества. Энди и Найт организовали на базе BioBricks ежегодный конкурс по синтетической биологии среди студентов. Студенты тоже добавляют в банк новые фрагменты генетического материала, открывая дорогу будущим изобретениям.
Но дальнейшие попытки специалистов построить более масштабные схемы могут встретить на своем пути новое препятствие: саму E. coli. Несмотря на все усилия ученых, многое в этом микроорганизме до сих пор непонятно. Шестьсот его генов остаются полнейшей загадкой. Особенно туманна структура его генетической сети. Ученые могут распознать большинство транскрипционных факторов[30] E. coli, то есть большинство белков, включающих и выключающих гены. Но о том, чем эти гены управляют, известно гораздо меньше. А то, что специалисы знают о E. coli наверняка, иногда очень их расстраивает.
Управляющие схемы E. coli перекрывают друг друга, образуя такую путаницу, какую не сконструировал бы ни один уважающий себя инженер. Очень трудно предсказать, как дополнительные цепи, введенные человеком, изменят общее поведение такой сложной и запутанной системы.
Некоторые специалисты по синтетической биологии считают, что преодолеть слабости E. coli можно, только если разобрать ее на части и собрать заново. В Гарвардском университете, к примеру, Джордж Чёрч с коллегами уже составил список из 151 гена, которых, по их мнению, было бы достаточно для живого организма. Механизм действия этих генов, которые в основном взяты у E. coli и ее вирусов, ученые понимают хорошо. Составленная из них система вроде бы не должна таить особых загадок. Чёрч надеется искусственно собрать из этих основополагающих генов полноценный геном и, совместив их с мембраной и рибосомами (их задача — строительство белков), создать живой организм. Назовем его E. coli 2,0.
Тем временем Альберт Либхабер из Университета Рокфеллера предпочел еще более простой подход. Вместе с коллегами он приготовил раствор, содержащий рибосомы и некоторые химические вещества, которые можно обнаружить в клетках E. coli. Вместо полного генома они создали всего лишь небольшие плазмиды. Затем они заключили гены и молекулы в искусственную двухслойную фосфолипидную оболочку, добавив необходимые для этого вещества. Команда Либхабера обнаружила, что эти пузырьки способны жить — по крайней мере несколько часов. В одном из генов, добавленных Либхабером в плазмиды, был закодирован белок, формирующий поры в мембране. Протоклетки считывали этот ген, строили молекулы соответствующего белка и встраивали их в мембрану. Образовавшиеся поры позволяли аминокислотам и другим небольшим молекулам проникать внутрь протоклетки, но не выпускали наружу плазмиды и другие крупные молекулы. Чтобы отследить производство новых молекул белка, ученые добавили в плазмиды ген, взятый у жука — светляка. Протоклетка светилась холодным зеленоватым светом. Либхабер не называет свое творение живым организмом. Он предпочитает термин «биореактор». Переход от биореактора к настоящей жизни потребует дополнительных усилий, и немалых. Либхаберу и его коллегам придется по крайней мере добавить некоторое количество генов, чтобы обеспечить биореакторам возможность деления на новые биореакторы.
Чёрч и Либхабер только начинают разбираться в том, как следует использовать E. coli при создании новых живых систем. Они не могут просто собрать в одном месте ДНК и другие необходимые молекулы и оставить их в покое, чтобы они ожили самостоятельно. Жизнь не похожа на компьютер, который загружается просто по нажатию кнопки. Каждая живущая сегодня E. coli происходит от предка, у которого, естественно, тоже есть предки. Все это вместе образует непрерывную биологическую реку, текущую уже не один миллиард лет. Жизнь — такая, какой мы ее знаем — всегда была частью этой реки. Но в будущем нам, возможно, удастся организовать собственную протоку.
Возвращение бактерии Франкенштейна
В мае 2006 г. специалисты по синтетической биологии собрались в Беркли (штат Калифорния) на вторую между — народную встречу. Наряду с обычным обсуждением текущих исследований участники выделили время на то, чтобы набросать предварительный вариант профессионального кодекса. Накануне этого дня 35 организаций, включая защитников окружающей среды, общественных активистов и специалистов по биологическому оружию, выпустили открытое письмо, в котором призвали собравшихся воздержаться от резолюций. По мнению авторов письма, им следовало вместо этого присоединиться к публичным дебатам о синтетической биологии и быть готовыми подчиниться решениям своих правительств. «Биотехнологии уже дали повод для протестов по всему миру, но синтетическая биология — чтото вроде генной инженерии на стероидах», — сказала Дорин Стабински из организации Greenpeace International.
Биотехнологии в настоящее время переживают своеобразное дежавю. Вопросы, о которых сегодня спорят, поразительно похожи на те, что поставила перед ученым сообществом в 1970–е гг. первая генетически модифицированная E. coli. Оправдывают ли возможные выгоды риск? Есть ли чтото изначально неправильное во внесении генетических изменений в живые системы? Новые споры намного сложнее прежних, отчасти потому, что E. coli — не единственный объект манипуляций ученых. Мы не должны упускать из виду ни трансгенные сельскохозяйственные растения, ни модифицированные стволовые клетки, ни химеры, соединяющие в себе свойства человека и животных. Сегодня споры часто сосредоточены на тонких моментах, связанных с медициной, охраной природы, патентным правом или международной торговлей. Но, несмотря на все различия, между — тем и этим временем существуют сильные и поразительные параллели. Чтобы разобраться в потенциальных ри — сках и выгодах новой биотехнологии, полезно оглянуться на судьбу генетически модифицированной E. coli за последние три десятка лет.
Отчаянные предупреждения об эпидемиях онкологических заболеваний и инсулинового шока изза E. coli сегодня кажутся нелепыми. За 30 лет генетически модифицированная E. coli не нанесла никакого документально подтвержденного вреда, несмотря на то что на фабриках эту бактерию разводят в биореакторах емкостью по 40 000 л, где каждый миллилитр раствора содержит порядка миллиарда особей. Никто, кроме Господа Бога, не в состоянии проследить судьбу каждой модифицированной E. coli за последние 30 лет, поэтому невозможно точно сказать, почему не произошли предсказанные катастрофы. Некоторые выводы, правда, можно сделать по результатам экспериментов. Ученые поместили E. coli К-12, несущую человеческие гены, в емкость с илом, в бак с водой и в кишечник животного. Выяснилось, что во всех трех средах бактерии очень быстро исчезли. Дело, вероятно, в том, что генетически модифицированные E. coli направляют много энергии и сырья на производство белков, кодируемых генами, введенными в их геном. Но эти белки, к примеру инсулин или средства для разжижения крови, вряд ли ускоряют рост бактерии или повышают ее шансы на выживание. В тщательно контролируемых условиях, созданных учеными в лабораториях, эти микроорганизмы чувствуют себя неплохо, но конкуренции с другими бактериями они не выдерживают.
Не генетики первыми начали вводить в клетки E. coli гены других биологических видов. В какомто смысле эти бактерии подвергались генно — инженерным модификациям на протяжении миллиардов лет. В дикой природе, однако, большинство актов переноса генов заканчивается полной неудачей. Бактерии не в состоянии синтезировать белки, за которые отвечают многие гены, привнесенные в геном за счет горизонтального переноса, и естественный отбор подхватывает мутации, устраняющие большинство чужеродных генов.
К несчастью, отсутствие доказательств — совсем не то же самое, что доказательство отсутствия. Если какойнибудь модифицированный штамм E. coli сумеет ускользнуть из лаборатории и прожить во внешнем мире хотя бы несколько дней, нельзя исключить, что он успеет за это время передать свои гены другим бактериям. Если почвенный микроорганизм подхватит ген, кодирующий синтез человеческого инсулина или другого чужеродного белка, он, вероятно, никаких преимуществ от этого не получит. Но вероятность такого события нельзя исключить. Исследования позволяют предположить, что, даже если чужеродный ген даст бактерии какоето конкурентное преимущество, он долгое время будет встречаться слишком редко и вряд ли будет замечен; не исключено, что период его «невидимого» существования продлится несколько десятков, а то и сотен лет.
Пока мы ожидали появления генетически модифицированной чудовищной E. coli, штамм 0157: Н7 проявил себя как серьезная угроза общественному здоровью. Именно в 1975 г. — том самом, когда ученые собрались в Асиломаре, чтобы рассмотреть потенциальные опасноси, исходящие от генетически модифицированной E. coli, — произошел первый зарегистрированный случай заболевания человека, вызванного E. coli 0157: Н7. Но этот патогенный микроорганизм — не создание рук человеческих и его разумного замысла. На протяжении столетий E. coli 0157: Н7 получила множество генов от смертельно опасных вирусов или разных штаммов Е. coli и других видов бактерий. Она обзаводилась «шприцами», токсинами и химическими веществами, способными изменить поведение клеток хозяина. Такая генная инженерия работает и сегодня, продолжая производить один новый штамм за другим. Но введение группы генов в единственный микроорганизм — всего лишь первый шаг в подобной трансформации. Дальше наступает очередь естественного отбора: новый хозяин генов должен получить репродуктивное преимущество, а затем гены и хозяин должны как следует приспособиться друг к другу.
Для такой трансформации требуется целая экосистема, способная обеспечить условия для естественного отбора в нужном направлении. Мы создали такую экосистему. E. coli 0157: Н7 свободно передавалась от человека к домашним животным и обратно через пахотные поля и бойни, через реки и канализацию, кишащую патогенными вирусами. Нет никаких оснований считать, что для искусственно модифицированной E. coli тоже найдется подобный эволюционный маршрут. Пожалуй, незапланированное, случайное воздействие человека на E. coli должно вызывать у нас куда большие опасения, чем разведенные в лаборатории «монстры».
Тридцать лет назад сторонники генной инженерии обещали человечеству огромные выгоды от ее использования. Они оказались правы — до определенной степени. Генная инженерия уже принесла человеку большую пользу, и польза эта намного шире, чем производство тех лекарств, которые бактерии синтезируют в биореакторах. Генетически модифицированная E. coli и другие модифицированные клетки не только производят множество ценных веществ; помимо всего прочего, они многократно ускорили развитие науки. К примеру, E. coli сыграла огромную роль при секвенировании человеческого генома. Для того чтобы прочесть геном, ученые вводили его фрагменты в клетки E. coli, которая затем производила множество пригодных для анализа копий. Другие ученые использовали E. coli, чтобы наштамповать миллионы молекул белков и определить, для чего эти белки предназначены. Вводя гены человека в геном E. coli, ученые открыли, что ДНК человека состоит из участков двух типов. Некоторые сегменты ДНК под названием экзоны кодируют белки. Но они чередуются с другими сегментами, получившими название интронов, которые ничего не кодируют. Наши клетки удаляют интроны из РНК перед синтезом белков. Они способны использовать различные комбинации экзонов, чтобы производить несколько белков на основе одного гена.
Но как бы значительны ни были достижения, они ни в коем случае не дотягивают до самых смелых обещаний, сделанных 30 лет назад. Ученые из корпорации Cetus утверждали, что все основные болезни к 2000 г. будут побеждены при помощи генетически модифицированных белков. Я пишу этот текст в 2007 г.: рак, сердечно — сосудистые заболевания, малярия и другие болезни продолжают убивать людей миллионами. Может быть, ученые из Cetus просто ошиблись со сроками? Может быть, следующее тридцатилетие принесет новые прорывы в области генной инженерии, которые дадут возможность истребить все тяжелые заболевания? Но я бы не стал ставить на такую возможность. Большинство серьезных заболеваний чрезвычайно сложны, и один — единственный белок, полученный с помощью генно — инженерных методов, не способен решить эти проблемы. К примеру, диабет, в лечении которого на генную инженерию возлагались такие надежды, за прошедшие 30 лет никуда не исчез. Наоборот, количество заболевших этим недугом с каждым годом растет. Частота заболеваемости диабетом II типа в США удвоилось, а по всему миру увеличилась в 10 раз. Да, E. coli обеспечила инсулином миллионы больных диабетом, но, как и предупреждала Рут Хаббард, инсулин ничего не лечит. Генная инженерия не может повлиять на причины эпидемии диабета — к примеру, на обилие в пище дешевого сахара, причем все чаще этот сахар получают из богатого фруктозой кукурузного сиропа. Кстати говоря, и сам кукурузный сироп стал дешевой альтернативой тростниковому сахару в значительной степени благодаря достижениям генной инженерии.
Лекарства, полученные с помощью генно — инженерных методов, оказались в той же степени подвержены влиянию рыночных факторов, что и обычные. Фармацевтические компании пытаются повысить уровень продаж, расширяя определение болезни. Это касается и генно- инженерных препаратов. Так, первоначально Genentech получил разрешение FDA (Управление по контролю качества пищевых продуктов и медикаментов США) на продажу своего гормона роста для лечения детей, у которых его синтез нарушен. Но в 1999 г. компании пришлось заплатить $50 млн за улаживание дел по обвинениям в том, что лекарство предлагалось и продавалось детям, не испытывавшим дефицита гормона роста. Их рост просто был ниже среднего.
Оценивая новые биотехнологические методы, приходящие на смену генной инженерии, следует вспомнить и тридцатилетнюю историю генетического модифицирования E. coli. Не стоит, видимо, поддаваться ни пустым страхам, ни рекламным обещаниям. Мы должны быть реалистами, должны понимать, как работает и каким законам подчиняется не только природа, но и общество.
К примеру, одной из величайших целей биотехнологии всегда была победа над голодом. Джулиан Хаксли еще в 1923 г. рассуждал о том, что открытия ученых помогут создать безграничные запасы пищи (наряду с фиолетовыми океанами, конечно). В 1960–е гг. воплощением этой мечты казался дрожжевой грибок, питающийся нефтью. Когда ученым удалось успешно встроить в геном E. coli чужеродные гены, сторонники генной инженерии опять надеялись, что новые технологии позволят обеспечить весь мир пищей. В 1970–е гг. Зеленая революция — переход на новые сорта растений и интенсивное использование удобрений — позволила резко увеличить продуктивность сельского хозяйства. Но население Земли, а значит, и его потребности в пище продолжали расти. Ученые делали попытки создать бактерии, способные производить удобрение, извлекая азот из воздуха. А недавно ученые обратились и к самим растениям. Сегодня трансгенные растения продвигаются на рынок не как средство получить большие барыши, а как способ борьбы с голодом и недоеданием. Растения, способные сопротивляться действию вирусов и насекомых, дадут более высокий урожай. Растения, устойчивые к гербицидам, позволят фермерам более эффективно бороться с сорняками, что еще больше увеличит урожай. Норман Борлоуг, получивший за участие в Зеленой революции Нобелевскую премию, утверждал, что генетически модифицированные культурные растения — следующий шаг на этом пути и что именно они в следующем столетии будут кормить мир.
Всякий, кто усомнится в этом предсказании, утверждал Борлоуг, обрекает бедняков всего мира на голод. «Богатые страны могут позволить считать себя избранными и платить больше за пищу, производимую так называемыми натуральными методами; миллиард хронически бедных и голодных людей в этом мире не может себе этого позволить, — писал он в 2000 г. — Новая технология станет для них спасением, освободит от устаревших, низкоурожайных и более дорогих технологий сельскохозяйственного производства».
Одной из самых перспективных культур, на которые указывал Борлоуг (и многие другие сторонники генной инженерии), был «золотой рис» — сорт генетически модифицированного риса, содержащего большое количество бета- каротина, биохимического предшественника витамина А. От дефицита этого витамина страдает около 200 млн человек по всему миру. Каждый год от его недостатка слепнет до полумиллиона детей, половина из которых в течение года после этого умирает. В конце 1990–х гг. швейцарские ученые начали вводить в геном риса гены нарциссов и бактерий, отвечающие за производство бета — каротина. Они вступили с корпорацией Syngenta в партнерство, целью которого была разработка нового сорта риса и бесплатная раздача его тем фермерам, доход которых не превышает $10000 в год. В 2000 г. один из изобретателей нового сорта, Инго Потрикус, появился на обложке журнала Time вместе с заголовком «ЭТОТ РИС МОГ БЫ СПАСАТЬ ПО МИЛЛИОНУ ДЕТЕЙ В ГОД»; ниже мелким шрифтом было напечатано продолжение: «…но противники генетически модифицированных продуктов считают, что они вредны для нас и нашей планеты. Читайте почему».
Потрикус достаточно резко реагировал на протесты. «Сражаясь против того, чтобы “золотой рис” дошел до бедных в развивающихся странах, — заявил он в 2001 г., — противники ГМО берут на себя ответственность за прогнозируемую ежегодную чрезмерную смертность, а также слепоту миллионов бедных людей».
Сильные слова — особенно с учетом того зародышевого состояния, в котором находились исследования по «золотому рису», когда Потрикус их произносил. Лишь в 2006 г. он и его коллеги опубликовали первые результаты по этой теме. Им удалось получить рис лишь с незначительным количеством бета — каротина в тканях — явно недостаточным для реальной борьбы с дефицитом витамина А. В 2005 г., через четыре года после того, как Потрикус обвинил критиков в массовых убийствах, ученые компании Syngenta выяснили, что добавление еще одного гена (в данном случае от кукурузы) повышает содержание бета — каротина сразу в двадцать с лишним раз. Достижение громадное, но до сих пор нет веских доказательств, много ли пользы это принесет питающимся таким рисом людям. Некоторые диетологи предупреждали, что, возможно, пользы вообще не будет, поскольку для нормального усвоения бета — каротин нужно употреблять одновременно с какиминибудь жирами. Можно страдать от дефицита витамина А — и даже ослепнуть — на диете, где этого витамина вполне достаточно. В нужной комбинации витамин А и жиры присутствуют в молоке, яйцах и многих овощах. В рисе этого нет. Тот факт, что «золотой рис» находится на передовом рубеже генной инженерии, вовсе не означает, что с его помощью удастся победить нехватку витамина А успешнее, чем это можно сделать традиционными методами.
Называть трансгенные растения спасительными так же бессмысленно, как и вешать на них ярлык «еда Франкенштейна»[31]. Нас бросает из крайности в крайность — от отчаянного ужаса до ожидания чуда с хлебами и рыбами.
Едва ли можно ожидать от трансгенных растений чуда. Это живые организмы; они подчиняются законам природы точно так же, как мы сами или, к примеру, E. coli. И точно так же, как E. coli в ходе эволюции сумела разработать защиту против некоторых из лучших наших антибиотиков, так и популярнейшие трансгенные сорта под действием естественного отбора теряют свою ценность.
Около 80 % всех трансгенных культур, высевавшихся в 2006 г., были модифицированы примерно одинаково: целью была устойчивость к гербициду под названием глифосат. Глифосат убивает растения, блокируя синтез необходимых для их жизни аминокислот. Он действует на ферменты, которые встречаются только у растений, поэтому яд безвреден для человека, насекомых и других животных. И, в отличие от других гербицидов, глифосат не попадает в грунтовые воды, а остается на месте и распадается за несколько недель. Один ученый компании Monsanto открыл глифосат в 1970 г., и в 1974 г. компания начала продавать его под торговой маркой Roundup. В 1986 г. ученые путем генетической модификации получили растения, устойчивые к действию глифосата: в их геном были добавлены гены бактерии, способной синтезировать аминокислоты даже после того, как растение было опрыскано гербицидом. В 1990–е г. Monsanto и другие компании начали продавать устойчивые к глифосату кукурузу, хлопок, сахарную свеклу и многие другие культуры. Они быстро приобрели популярность. Фермеры обнаружили, что вместо множества разных гербицидов можно опрыскивать поля лишь небольшим количеством глифосата, который успешно уничтожал сорняки, оставляя посевы нетронутыми. Исследования показывают, что фермеры, выращивавшие трансгенные культуры, применяли меньше гербицидов, чем те, кто выращивал обычные растения, — к примеру, в Мексике меньше на 77 %; при этом урожаи трансгенных культур были значительно выше.
Какоето время казалось, что глифосат избежит судьбы многих гербицидов и сорняки не разовьют к нему резистентность. Похоже было, что глифосат бьет по столь важному звену метаболизма растений, что они не могут «изобрести» защиту от него. Точно так же некоторое время казалось, что E. coli не сможет развить резистентность к антимикробным пептидам Майкла Заслоффа. Но через несколько лет после начала выращивания резистентных к глифосату сортов фермеры начали замечать, что мелколепестник канадский, вьюнок пурпурный и другие сорные травы вновь потихоньку проникают на поля. Фермерам Джорджии даже приходилось скашивать, а не убирать хлопок изза засоренности полей щирицей Палмера. Исследовав вернувшиеся сорняки, ученые обнаружили у них гены, обеспечивающие растениям устойчивость к глифосату.
Нет никаких доказательств того, что сорные растения получили гены резистентности от трансгенных культур. Скорее наоборот, ясно, что они заработали их традиционным — эволюционным — путем. Использование глифосата на посевах трансгенных растений оказалось настолько дешевым, что фермеры буквально затопили гигантские площади одним — единственным гербицидом. Они создали для растений, способных устоять перед глифосатом, идеальные условия и подстегнули их эволюцию в направлении все более сильной сопротивляемости. А гены устойчивости, лишь раз полученные, были, судя по всему, переданы всем прочим сорным видам.
Когда у E. coli развивается устойчивость к антибиотикам, до появления новых антибиотиков проходят иногда годы. Процесс производства трансгенных растений столь же неповоротлив. Только в 2007 г., через 20 лет после изобретения сортов, устойчивых к глифосату, ученые объявили о том, что им удалось создать растения, генетически устойчивые к другому гербициду — дикамбе. Компания Monsanto зарегистрировала технологию, но объявила, что до появления резистентных к дикамбе культур на рынке пройдет не менее трех — семи лет. А пока фермеры могут попытаться замедлить эволюцию резистентности традиционными методами: разумным севооборотом и применением комбинации из нескольких гербицидов.
Поскольку многое в сегодняшних биотехнологиях сильно напоминает события 30–40–летней давности, многие ученые тщательно изучают судьбу E. coli в 1970–е гг. и пытаются избежать ошибок, сделанных предшественниками. Специалисты по синтетической биологии стали отличными историками, изучая, как пионеры биотехнологий сражались с рисками, законами и представлением общественности об их работе. Сегодня, вместо того чтобы сделать синтетическую биологию исключительно достоянием избранных, Дрю Энди и его коллеги, напротив, приглашают всех желающих присоединиться к проекту. Добавлять новые коды в базу BioBricks может кто угодно. Сегодня фотокамера из E. coli появляется в научных музеях, а старшеклассникам предлагается принять участие в конкурсах по синтетической биологии. И вместо того чтобы сосредоточить усилия на чемнибудь более выгодном вроде инсулина, ученые работают над получением дешевых лекарств от малярии, чтобы показать, какую пользу может принести синтетическая биология.
Специалисты по синтетической биологии стремятся сохранить этот дух открытости, несмотря на тот очевидный факт, что когданибудь разработанные ими инструменты и методы могут быть обращены во зло. Без труда можно себе представить какоенибудь правительство, которое захочет сконструировать живое оружие — специальный организм для ведения биологической войны. Ученые опасаются, что если правительство возьмет под контроль их исследования, то ручеек полезных инноваций пересохнет. Они утверждают, что лучший способ борьбы с будущим искусственным патогенным микроорганизмом — направить коллективные творческие силы открытого сообщества на благие цели. Ограждая синтетическую биологию от излишней зарегулированности и не допуская в эту отрасль патентов, ее основатели надеются получить искусственную версию эволюции с открытым одом, которая на протяжении многих миллионов лет так хорошо служила E. coli.
«Это гнусно»
Риски, связанные, как казалось в 1970–е гг., с генетически модифицированной E. coli, были не единственным источником страха перед генной инженерией. Новая наука затронула гораздо более глубокие пласты — убеждение в том, что человеку просто не полагается вмешиваться в наследственность и генетические механизмы. Многие критики видели в генной инженерии попытку нарушить естественный порядок вещей, изменить результат нескольких миллиардов лет эволюции. Перенос генов или иного биологического материала от одного вида к другому, казалось, размывал границы, установленные задолго до появления человека, и угрожал повалить само древо жизни.
«Мы теперь можем превратить пресловутое эволюционное древо в сеть, — заявил тогда Роберт Синшеймер, биолог из Калифорнийского университета в Санта — Крус. — Мы можем по собственному желанию смешивать гены самого разного происхождения — от растений до насекомых, от грибов до человека». Человечество, по мнению Синшеймера, не было готово к такой ответственности: «Мы становимся творцами — создателями новых форм жизни, существ, которые нельзя уже будет возвратить в небытие, которые будут жить после нас и эволюционировать в соответствии с собственной судьбой. Какую же ответственность должен нести творец и за собственные творения, и за весь живой мир, в который мы приносим наши изобретения?»
Одна газета в те годы назвала генетическую модификацию E. coli «проектом Франкенштейна». Игры с ДНК, заявил биолог из МТИ Джонатан Кинг, «святотатственны». Два политических активиста, Тед Говард и Джереми Рифкин, опубликовали в 1977 г. книгу «Кому дозволено играть роль Бога?» (Who Should Play God?), в которой осудили генную инженерию.
Тридцать лет спустя критики биотехнологий продолжают пользоваться все тем же «высоким штилем». Так, в 1999 г. Джереми Рифкин организовал в The New York Times занимающую целую полосу рекламу нескольких организаций, которые требовали взять биотехнологии под строгий контроль. В рекламе были размещены фотографии двух примеров новых ужасов, с которыми предстоит столкнуться человечеству: человеческого уха, растущего из спинки мыши, и первого клонированного животного — овечки Долли. Заголовок вверху страницы вопрошал: «Кто в XXI веке берет на себя роль Бога?»
«Генетические структуры живых существ — создания Природы, в которые менее всего стоит вторгаться человеку ради прибыли… Неужели никого не шокирует, что новорожденная биотехнологическая индустрия считает возможным брать под контроль эволюционный процесс и изменять жизнь на Земле ради своих бухгалтерских ведомостей?.. Брать на себя работу Природы?.. Кого бы вы ни считали творцом, Бога или Природу, именно граница между формами жизни придает каждой из них собственную цельность и идентичность».
«Бога или Природу» — загадочный выбор. Безусловно, не секрет, что христианство и иудаизм находятся с биотехнологиями в сложных отношениях. В конце концов, на первых же страницах Книги Бытия Библия ясно говорит:
«И сказал Бог: да произрастит земля зелень, траву, сеющую семя по роду [и по подобию] ее, и дерево плодовитое, приносящее по роду своему плод, в котором семя его по роду его [на земле]… И сотворил Бог рыб больших и всякую душу животных пресмыкающихся, которых произвела вода, по роду их и всякую птицу пернатую по роду ее… И сказал Бог: да произведет земля душу живую по роду ее, скотов, и гадов, и зверей земных по роду их. И стало так» (Быт. 1:11–24).
В книге Левит человечество получает инструкцию никогда не нарушать этих границ: «Скота твоего не своди с иною породою; поля твоего не засевай двумя родами семян» (Лев. 19:19).
Согласно Библии, важнейшее и главное живое существо — это, конечно же, человек. Созданный по образу и подобию Бога, он не должен даже мысли допускать о том, чтобы както сгладить свое отличие от животных: «И ни с каким скотом не ложись, чтоб излить [семя] и оскверниться от него; и женщина не должна становиться пред скотом для совокупления с ним: это гнусно» (Лев. 18:23).
И сегодня для многих консервативно настроенных людей угроза биотехнологий — угроза скорее природе человека, нежели природе вообще; именно это их больше всего тревожит. «Вмешательство в процесс продолжения человеком рода ради того, чтобы смешать человека и животное, противоречит священности человеческой жизни и самому человеку, созданному по образу и подобию Божию», — пишет Нэнси Джонс из консервативного Центра биоэтики и человеческого достоинства.
Некоторые консерваторы не цитируют ни Библию, ни другие священные источники, но тоже уверены, что разрушение барьера между биологическими видами приведет к деградации человеческой природы. Виднейший из этих критиков — Леон Касс. После встречи с Полом Бергом в начале 1970–х гг. Касс продолжал писать и говорить о биоэтике, а с 2002 по 2005 г. он возглавлял Совет по биоэтике президента Джорджа Буша — младшего. В своих выступлениях против клонирования и создания химер он утверждает, что инстинктивное отвращение человека к подобным тварям — достаточное доказательство того, что создавать их нельзя. Касс называет такую путеводную неприязнь «мудрым отвращением». Мы просто знаем, что некоторые вещи делать нехорошо — к таким вещам относятся, например, инцест или осквернение трупа. Наша неспособность объяснить свои чувства с рациональной точки зрения нисколько не уменьшает их важности.
Более того, Касс утверждает, что это инстинктивное отвращение надежно указывает на то, что нам следует принимать, а что отвергать. Есть чтото ужасающее в армии одинаковых людей — клонов или в химерах — полулюдях — полуживотных. В век, когда технология может дать нам так много, писал Касс, «только отвращение еще, может быть, призывает нас защитить глубинную человеческую сущность. Мелки те души, что разучились содрогаться от ужаса».
Надо сказать, что подобные аргументы выдвигают не только теологи и философы. В январе 2006 г. президент Джордж Буш призвал к запрету «гибридов человека и животного» и добавил, что «человеческая жизнь — дар творца; от этого дара нельзя отказываться, его нельзя обесценивать или выставлять на продажу». Сенатор от Небраски Сэм Браунбек стал автором законопроекта о запрете химер, где говорилось, что «химеры могут поставить под угрозу уважение к человеческому достоинству и единство нашего биологического вида».
Игры с сутью человеческой природы — к примеру, введение мыши клеток человеческого мозга или модификация генов оплодотворенной яйцеклетки — означали бы унижение человеческой природы. Как говорит Роберт Джордж, политолог из Принстона и член бушевского Совета по биоэтике, «можно быть полноценным человеком или не быть им, третьего не дано».
Чтобы хоть както разобраться в этих спорах и противоречивых доводах, полезно еще раз оглянуться на историю генетически модифицированной E. coli. Тридцать лет назад изменение E. coli представлялось вызовом и даже оскорблением природе, если не Богу. Искусственное изменение гена отрицало миллиарды лет эволюции. Сегодня это никого это не волнует. Забытая E. coli с генами, позаимствованными у сотен других видов, включая и человека, сидит себе спокойно в биореакторах и лабораторных колбах. E. coli голодает и страдает, вырабатывая чуждые ей белки. Тем не менее она давно уже не вызывает «мудрого отвращения». В средствах массовой информации вы не увидите кампаний с призывами уважать целостность E. coli как биологического вида и бороться с унижением человеческой природы, проистекающим от того, что человеческие гены вводят в бактерию. Трудно представить, чтобы ктонибудь сегодня отказался от предписанного врачом лекарства только потому, что оно является продуктом нечестивого союза человека и микроорганизма.
Как может наш страх перед разрушением границ между видами быть таким сильным и одновременно таким переменчивым? Дело в том, что его причина кроется вовсе не в какомто глубоком и неопровержимом жизненном факте. Это всего лишь привычка. Кадый из нас с детства становится интуитивным биологом. Младенцы быстро учатся различать живое и неживое — и, соответственно, ожидать от них разного. Так, камни падают под действием силы тяготения, но муравей ползет, куда захочет. Взрослея, дети учатся различать типы живых существ — растения и животных, к примеру, или кошек и собак. Каждая разновидность живых организмов обладает собственной сущностью, невидимой силой, определяющей ее действия. Интуитивная биология приходит к детям сама собой, без специального обучения. И для взрослых отношение к жизни именно с этих позиций становится привычкой.
Возможно, интуитивная биология возникла как адаптация человеческого сознания — такая же, как язык или цветовое зрение. Возможно, она помогала нашим предкам систематизировать знания об окружающем мире. Чем больше было у наших предков знаний о животных и растениях, тем легче им было искать пищу и выживать. Они могли заранее предсказать, где в определенное время года можно встретить антилопу гну или когда лучше всего искать клубни в земле; могли определить, какие фрукты ядовиты, а какие вкусны. Наши предки были глубокими знатоками мельчайших различий между видами, таких как цвет и расположение пятен на шкуре. Подобные различия могли означать разницу между жизнью и смертью, между спасением от голода и отравлением.
Корни наших представлений о единстве вида — в интуитивной биологии. Одной мысли о нарушении барьера между видами достаточно, чтобы вызвать у человека сильные эмоции. Поразительно, но некоторые древнейшие произведения человеческого искусства изображают именно химер. К примеру, около 30000 лет назад неизвестный скульптор на территории нынешней Германии вырезал из куска слоновой кости женщину с львиной головой. Этот образ, увиденный, возможно, во сне или трансе, должно быть, был полон глубокого мистического смысла и для автора, и для всех, кто его видел. Он размывал суть биологического вида. Нарушая правила интуитивной биологии, он обретал магические свойства. В истории человечества магические химеры появлялись вновь и вновь, включая и собственно Химеру — чудовище из греческой мифологии, помесь козы, льва и змеи.
Но современная биология бросает вызов нашим интуитивным представлениям. Биологические виды сегодня — вовсе не неизменные сущности, а продукт эволюции. Дарвин объявил, что человек произошел от обезьяны, которая, в свою очередь, произошла от более древних млекопитающих… и так далее до слепых бесчелюстных рыб. За нарушение правил интуитивной биологии Дарвин был превращен в химеру: карикатуристы нередко рисовали его с бородатой человеческой головой и волосатым телом обезьяны.
В 1896 г. Герберт Уэллс использовал эти вечные опасения в романе «Остров доктора Моро» (The Island of Dr. Moreau). Его герой доктор Моро, погнавшийся за научными знаниями и потерявший при этом всякое представление о морали, хирургически соединял различных животных в чудовищные человекоподобные создания.
«Но ведь это ужасно!» — заявляет рассказчик доктору Моро. Злодей отвечает: «До сих пор меня никогда не беспокоила нравственная сторона дела… Изучение природы делает человека в конце концов таким же безжалостным, как и сама природа»[32].
Уэллс наказал Моро за разрушение границ восстанием созданных им монстров. «Остров доктора Моро» — пророческая книга, особенно если учесть, что написана она была еще до открытия генов. После того как ученые разобрались в ДНК, именно она стала новой сущностью жизни. Сегодня подлинная суть человека — в его генах. Возникновение при зачатии конкретного генотипа становится началом новой жизни. ДНК сегодня определяет и сущность биологического вида; это то, что отличает вид от других. Так появился ужас от мысли о смешении генов разных видов — особенно таких непохожих, как человек и E. coli. Генная инженерия нарушает мощный закон, помогающий нам систематизировать окружающий мир. Разграничение видов — не дело человека. Человек, нарушающий эти незыблемые границы, создает чудовищ и выпускает в мир неописуемые ужасы.
Но интуитивная биология появилась не потому, что она верна, а потому, что полезна. Она позволяла нашим предкам принимать верные решения на основе той информации, которую они могли собрать в окружающем мире; эти решения повышали шансы человека на выживание и продолжение рода. Но интуитивная биология не всегда может служить надежным проводником к истине, к глубоким тайнам жизни. К примеру, в чем суть E. coli как вида? Она не в том, что это безобидный микроорганизм, который питается сахаром и умеет образовывать жгутики. В пределах этого вида можно найти агрессивных защитников кишечника, охраняющих его от болезнетворных бактерий. Встречаются и патогенные штаммы, вооруженные такими приспособлениями, которых вы не увидите у штаммов безвредных. Некоторые штаммы ведут двойную игру — они относятся к разряду полезных, но тоже снабжены теми самыми генами, которые превращают остальных в убийц. А многие из этих штаммов эволюционировали благодаря тому, что их инфицировали вирусы, которые без всякого почтения относятся к столь любимым нами видовым границам. Вообще, не существует какойто неизменной сущности, которая объединяла бы всех E. coli.
Интуитивная биология не в состоянии понять E. coli, но так же не в состоянии она понять и нас самих. Человек — такой же продукт эволюции, как и все остальные живые организмы. Если бы это было не так, никаких споров о биотехнологиях вообще бы не возникло. Если бы природа человека принципиально выделялась и была бы уникальна в царстве жизни, то ввести человеческие гены в клетки E. coli, вероятно, попросту не удалось бы или не удалось так легко. Невозможно было бы также вырастить клетки человеческого мозга в черепе мыши. Уникальная сущность человека — такая же выдумка нашего сознания, как и сущность E. coli.
Познакомившись с результатами одного из недавних исследований по эволюции человека, нельзя и дальше считать, что можно либо быть полноценным человеком, либо не быть им, как утверждает Роберт Джордж. В данном случае речь идет о гене под названием микроцефалии. В геноме нашего биологического вида встречается несколько разновидностей этого гена, но одна из разновидностей распространена намного больше остальных: ее можно обнаружить у 70 % обитающих на Земле людей. Исследователи из Чикагского университета решили разобраться в происхождении этой версии гена и получили убедительные доказательства, что на самом деле этот ген появился в геноме человека намного позже, чем сформировался вид Homo sapiens.
Около полумиллиона лет назад наши предки отделились от предков неандертальцев. Произошло это, вероятно, в Африке. После этого предки неандертальцев мигрировали в Европу, а предшественники нашего вида остались в Африке. Окончательно вид Homo sapiens сформировался примерно 200 000 лет назад, и только после этого у людей появился полноценный язык, абстрактное мышление, способность к искусству и остальные качества, лежащие в основе того, что мы сегодня называем природой человека.
Около 40000 лет назад вид Homo sapiens расширил свой ареал и проник в Европу, где встретился с неандертальцами. Неандертальцы вымерли около 28 000 лет назад, но, судя по всему, в промежутке они иногда скрещивались с людьми. Большая часть генов, унаследованных от предков — неандертальцев, с поколениями исчезла из человеческого генома, но по крайней мере один такой ген уцелел: это неандертальская версия микроцефалина. Мало того, он не просто уцелел, а распространился стремительно, как лесной пожар. Чемто этот ген был очень хорош, и естественный отбор с готовностью подхватил его; в результате сегодня его можно обнаружить у значительного большинства современных людей. А микроцефалии — не просто какойто малозначительный ген, от которого растут волосы в носу или меняют цвет ногти на ногах. Он играет центральную роль в развитии мозга. Благодаря этой естественной генетической модификации большинство людей сегодня несут в себе этот нечеловеческий ген, участвующий в строительстве самого человеческого, если так можно выразиться, органа тела— мозга. Если рассуждать с позиции Джорджа, большинство людей — не люди.
Гибридизация, или скрещивание, — не единственный путь, которым в наши клетки могла попасть чужеродная ДНК. Около 3 млрд лет назад наши одноклеточные предки поглотили аэробные бактерии; позже они превратились в митохондрии, без которых наша жизнь сегодня невозможна. И, подобно E. coli, наш геном принимал в себя вирус за вирусом. Ученые идентифицировали в человеческом геноме более 98 000 вирусов и 150 000 мутировавших фрагментов вирусного генома. Часть таких фрагментов, вероятно, внесла значительный вклад в биологию человека: к примеру, у гена, который какимто образом влияет на развитие плаценты, есть некоторое сходство с вирусными генами. Если бы наши клетки вдруг избавились от всей трансгенной ДНК, человек бы попросту вымер. Некоторые вирусы встроились в геном человека уже после того, как пути человека и шимпанзе разошлись. Некоторые из них можно найти только у азиатов и европейцев, у африканцев их нет; это позволяет предположить, что человеческий геном был инфицирован ими уже после того, как часть людей около 50000 лет назад покинула Африку. Перестали ли эти люди быть людьми, обретя чужеродную ДНК?
Пытаясь думать о себе и о E. coli таким образом, человек чувствует себя неуютно. Подобные мысли кажутся неестественными, но их неестественность — результат работы человеческого сознания, а не природы. Вероятно, когданибудь мы к ним привыкнем точно так же, как привыкли думать об электронах и протонах как о строительных кирпичиках любого вещества. Отвращение человека к нарушению межвидовых барьеров и к генетическим модификациям меняется уже сегодня. Доказательство тому — тот факт, что разгневанные толпы не штурмуют инсулиновые фабрики, требуя восстановить естественный порядок вещей.
Конечно, перемены подобного рода тревожат таких критиков, как Леон Касс. В 1997 г. он, выступая перед Конгрессом в поддержку запрета клонирования человека, заявил: «Мне кажется, что в мире, где установленные раз и навсегда естественные границы размыты технологическими изменениями, а с моральными границами, похоже, можно делать что угодно, намного труднее, чем когдато, убедительно выступить против по — прежнему недопустимого клонирования человека. Как сказал Раскольников: “Ко всему— подлец — человек привыкает!”».
Здесь, конечно, кроется противоречие. С одной стороны, считается, что «мудрость отвращения» — это глубоко укоренившийся надежный ориентир, указывающий, что такое на самом деле фундаментальное добро и зло — фундаментальное, а не сиюминутное. С другой стороны, Касс недоволен тем, что подобное отвращение со временем может ослабнуть или даже вовсе исчезнуть. Трудно понять, как может быть одновременно правильным и то и другое.
Бывает, что эмоциональная реакция на научные открытия буквально ошеломляет человека. В некоторых случаях мы со временем понимаем, что, проявив эти чувства, были, вероятно, правы или неправы. В других случаях наши представления о «сущностях» вызывают сильное чувство отвращения, когда нам кажется, что эти сущности разрушаются. Такое отвращение может возникнуть и в ответ на E. coli с человеческими генами, и на оплодотворение «в пробирке», и на пересадку человеку сердечного клапана свиньи. Но проходит время, и мы начинаем видеть реальные выгоды и опасности, которые несут эти достижения, понимать, что мир не превратился в ящик Пандоры и не погиб; вот тогдато наше отвращение ослабевает и потихоньку растворяется.
При этом все мы не становимся, по Достоевскому, подлецами. С развитием трансплантологии мы не скатились в жуткий мир, где можно изъять печень у парализованного человека против его воли. Да, перед человеком встали новые серьезнейшие вопросы, и нужно сделать выбор (к примеру, разрешать или не разрешать продажу органов), но мы продолжаем воспринимать эти вопросы со всей серьезностью.
Химеры и разного рода генная инженерия получат, вероятно, более широкое распространение, но, я подозреваю, не приведут к полному краху морали. С одной стороны, главные страшилки, о которых мы сегодня слышим и читаем в газетах, имеют очень слабое отношение к науке. Мышь с человеческими нейронами не взмолится внезапно: «Помогите! Помогите!», ведь для того, чтобы стать человеком, недостаточно обзавестись комочком нейронов размером с горошину. С другой стороны, мы, возможно, решим, что модифицировать мышь жестоко по отношению к животному. (Надо сказать, что неприятие жестокости к животным — это отвращение нового рода, приобретенное, а не потерянное многими людьми за последние 200 лет.) А некоторые химеры, вероятно, будут запрещены потому, что вызовут слишком серьезные проблемы с человеческой моралью по отношению к людям и животным.
Я подозреваю — или по крайней мере надеюсь, — что по мере принятия подобных решений мы придем к более глубокому пониманию того, что значит быть человеком, и это будут не какието незыблемые признаки, а сложное сочетание генов, свойств, факторов среды и культурных влияний. И если нам действительно удастся обрести эту мудрость, она может оказаться самым важным даром, который человек получил от E. coli
Глава 11. N равно единице?
Я СТОЮ ВО ДВОРЕ ДОМА зимней НОЧЬЮ и гляжу вверх на несколько ярких звезд, пытающихся заявить о себе в свете почти полной Луны. Я держу в руках чашку Петри с E. coli. Лунный свет просачивается сквозь путаницу голых кленовых ветвей и падает на агар — агар в чашке. В его лучах колонии бактерий испускают прохладное мутноватое свечение. Они выглядят как далекие миры и звезды, увеличенные какимто расфокусированным телескопом. Вот я и добрался до последнего вопроса о E. coli — варианта старого афоризма Моно: правда ли то, что все, что верно для E. coli, верно и для инопланетянина?
Однажды октябрьской ночью 1957 г. Джошуа Ледерберг тоже глядел на звезды. Он находился в Австралии в творческом отпуске. Ледербергу тогда было 32 года, но за его плечами оставалось уже больше десяти лет исследований, за которые в следующем году ему предстояло получить Нобелевскую премию. Объектом для большей части его исследований служила E. coli. Он открыл, что у бактерий бывает половое размножение, и воспользовался этим, чтобы составить первые генетические карты. Он подтвердил, что гены мутируют спонтанно, приблизив тем самым теорию Дарвина к современности. Вместе с женой он открыл вирусы, способные полностью слиться с хозяином, — E. coli. В значительной степени именно благодаря Ледербергу E. coli становилась стандартным инструментом для изучения молекулярной основы жизни; другие ученые тоже начинали использовать ее для расшифровки генетических кодов.
Но Ледербергу не было покоя. Он приехал в Австралию, в Университет Мельбурна, чтобы изучать иммунную систему. Известно, что белые кровяные тельца — лейкоциты — учатся распознавать бактерии и других паразитов, но не пользуются обычными генами для кодирования и хранения информации об этом. Никто тогда еще не знал, каким языком они пользуются. Немного позже Ледерберг вернулся в США с новой энергией и страстью, но страстью этой стали не лейкоциты, а космос.
Той весенней австралийской ночью Ледерберг поймал взглядом крохотную светящуюся точку Она двигалась. Это была не звезда и даже не метеорит, а металлический шар, заброшенный в космос человеком. Ледерберг был уверен, что запуск Советским Союзом искусственного спутника Земли изменит мир.
Ледерберг увидел в космических путешествиях новое поле деятельности для молекулярных биологов. В то время и он, и другие специалисты по молекулярной биологии только начинали понимать, насколько едина и единообразна жизнь на Земле. И E. coli, и слон одинаково кодируют свои гены при помощи ДНК, одинаково используют РНК для переноса этой информации к рибосомам, пользуются одним и тем же генетическим кодом для перевода ее в белки. Позже Ледерберг написал, что единообразие жизни стало поразительным открытием, «но ее владения ограничены тонкой оболочкой нашей планеты — тем, как одна — единтвенная искра жизни осветила одну — единственную пылинку космоса». Только попав в другие миры, ученые смогут выяснить, существует ли аналогичная нашей жизнь вне Земли.
Ледерберга очень беспокоило, что США и СССР в ходе яростной космической гонки могут погубить эту возможность. В своем безудержном стремлении установить флаг на Луне или Марсе они могут заразить иные миры земными микроорганизмами. Вернувшись в Соединенные Штаты, Ледерберг стал добиваться, чтобы только что созданное Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) относилось к космическим телам, как к чашке Петри, и тщательнейшим образом берегло их от заражения.
Он быстро организовал встречи, на которых ученые обсуждали потенциальные риски космических полетов. Все сошлись во мнении, что если не принять особых предосторожностей, то при любом посещении другой планеты человек оставит там земные бактерии. Любой астронавт неизбежно станет источником бактериального загрязнения, считал Ледерберг. Автоматические зонды тоже могут подхватить от своих создателей миллионы бактерий и перенести их в другие миры.
В 1959 г. собрание ученых попыталось представить, что произойдет, если одна — единственная E. coli попадет на планету, лишенную жизни, но богатую органическим углеродом. «Средняя бактерия Escherichia coli имеет массу 10 г. и минимальный интервал между циклами деления 30 мин, — писали они. — При такой скорости размножения одна бактерия за 66 часов может создать массу, равную массе Земли. Этот пример наглядно показывает, что вспышка размножения биологических объектов способна полностью уничтожить остатки добиологического синтеза».
Усилиями Ледерберга между США и СССР было заключено соглашение по стандартам стерилизации космических аппаратов. Но прославился Ледерберг не заботой о стерильности других планет, а тревогами по поводу обратного путешествия. Если жизнь в других мирах действительно существует, то космический аппарат при возвращении может случайно прихватить какието живые организмы на Землю. Чужие микроорганизмы могут устроить на нашей планете настоящий хаос — вызвать, к примеру, глобальную эпидемию или погубить посевы и спровоцировать голод.
«Ставкой в этом вопросе, может быть, является судьба человечества», — заявил Ледерберг, и вскоре уже репортеры описывали зловещие предостережения биолога и нобелевского лауреата громкими заголовками вроде: «Вторжение с Марса? Микробы!» Паническая версия Ледерберга нашла свое воплощение и в научной фантастике: к примеру, в фильме «Штамм Андромеда» (The Andromeda Strain), где бесстрашный биолог отчаянно пытается найти лекарство от инопланетного вируса[33].
Несмотря на все тревоги, Ледерберг не хотел и не предлагал навсегда закрыть для человека небо. По приглашению NASA он организовал в Стэнфордском университете лабораторию, где предполагалось начать разработку устройства, способного обнаружить на чужой планете признаки жизни. В некоторых отношениях эта работа, конечно, носила вполне земной характер. Вместе с коллегами Ледерберг возился с конвейерными лентами и масс- спектрометрами. Но одновременно перед учеными встал и глубокий — скорее даже не научный, а философский — вопрос: как найти жизнь, которую никогда прежде не видел? При поиске ответа на этот вопрос, решил Ледерберг, не обойтись без нового, совершенно самостоятельного раздела биологии. Он назвал его экзобиологией — биологией внеземной жизни.
Целью экзобиологии было понять, возникла ли жизнь еще гденибудь во Вселенной, помимо Земли, и какую форму она приняла. Всякая ли жизнь обязана использовать ДНК? Должна ли жизнь строить клетки из белка? Обладают ли эти молекулы какимито свойствами, которые делают их незаменимыми для жизни? Неужели никакая другая комбинация атомов не может выполнять ту же роль? «На эти вопросы можно ответить двояко, — писал Ледерберг. — Самонадеянный человек мог бы подражать примитивной жизни, имитируя Природу и подбирая заменители. Или он мог бы смиренно вопросить Природу об исходе ее собственных экспериментов с жизнью, поставленных, возможно, на других планетах Солнечной системы».
Поиск внеземных форм жизни по определению должен быть непрост, потому что ученые не в состоянии предсказать, что именно они могут обнаружить. Ледерберг считал, что начать можно с традиционных вещей. «Можно отложить наши тревоги по поводу экзотических биосистем до момента, когда будут получены результаты полноценных поисков более знакомых видов жизни», — писал он.
NASA не возражало. Агентство готово было поискать знакомые формы жизни, причем на Марсе. Марс в достаточной мере напоминал Землю, чтобы можно было надеяться обнаружить на нем жизнь. В 1965 г. американский космический зонд «Маринер-4» первым послал на Землю подробные изображения поверхности Марса. Земляне увидели скучный пейзаж, усеянный кратерами и полностью лишенный лесов и прочих признаков живого. Стало ясно: если на Марсе и есть жизнь, то, вероятно, она представлена только микроорганизмами. NASA воспользовалось фотографиями этой и последующих межпланетных станций при планировании новой экспедиции, предусматривавшей мягкую посадку аппарата на поверхность Марса. 4 июля 1976 г., через 18 лет после первого спутника, который в свое время наблюдал в Австралии Ледерберг, аппарат «Викинг-1» приземлился на поверхность этой планеты.
Как ни печально, из поисков жизни ничего не вышло. «Викинг-1» не обнаружил на поверхности признаков живых организмов, которые могли бы перерабатывать двуокись углерода (углекислый газ) в органический углерод. Некоторые разновидности земной жизни, такие как E. coli, напротив, поглощают органический углерод и выделяют углекислый газ в качестве отходов, но «Викинг» не обнаружил на планете признаков и такого метаболизма[34]. Оставался последний эксперимент. «Викинг» копнул грунт, нагрел его, чтобы высвободить летучие молекулы, и направил их в трубку для измерений. Этот прибор вообще не обнаружил в марсианском грунте органического углерода. Это был окончательный приговор, потому что на Земле жизнь накопила огромные запасы органического углерода — и не только в организмах живых существ, но и в отходах их жизнедеятельности.
«Конец игры, — сказал тогда Джеральд Соффен, научный руководитель проекта «Викинг». — На Марсе нет органики. На Марсе нет жизни».
Условия на поверхности Марса оказались намного суровее, чем предполагали ученые. Ультрафиолетовое излучение и агрессивные химические вещества, такие как перекись водорода, быстро уничтожали любой органический углерод. Шансы на возникновение жизни в таких условиях казались очень низкими, если не нулевыми. Ледерберг был оптимистичнее коллег, но не намного. Возможно, что жизнь на Марсе существует лишь в нескольких оазисах, может быть, вокруг горячих источников в местах их выхода на поверхность планеты. Но если жизнь на Марсе все же есть, она, безусловно, куда скромнее буйной всепоглощающей земной жизни.
«Мы больше не можем быть уверены, что везде, куда ни посмотри, имеется жизнь», — сказал Ледерберг репортерам.
Ледерберг и его коллеги считали, что неудача «Викинга» — недостаточная причина для того, чтобы прекратить поиски жизни. Ученые призывали NASA к созданию «сына “Викинга”» — новой межпланетной станции, которая отвезла бы на Марс новый набор инструментов и приборов. Но NASA тогда больше интересовали астронавты[35] — резервуары с E. coli, по определению Ледерберга. Интерес к экзобиологии упал, и Ледерберг вновь вернулся к животрепещущим вопросам биологии, таким как появление новых болезней и угроза биологической войны. Его звездные дни в профессии подошли к концу.
Двадцать лет спустя у NASA вновь пробудился интерес к поискам внеземной жизни. Внутри метеорита, прилетевшего на Землю с Марса, обнаружились странные следы, которые, по предположению ученых, могли представлять собой окаменелости микроорганизмов. Тем временем межпланетная станция «Галилео» пролетела мимо Европы, спутника Юпитера, и прислала наЗемлю детальные фотографии ледяного панциря, покрывающего ее поверхность. Может быть, подо льдом скрывается жизнь? Наука, занимающаяся поисками внеземной жизни, которую теперь называют астробиологией, вновь получила поддержку NASA, основавшего в 1998 г. Институт астробиологии NASA.
Сегодня многие астробиологии занимаются поиском таких мест на Земле, где, несмотря на экстремальные условия, существует жизнь. E. coli — выносливое существо, но ученым удалось обнаружить немало других организмов, способных выжить в местах, где E. coli погибла бы очень быстро. Это и залитые кислотой шахтные стволы, и лишенные кислорода трясины, и глубины ледников, и перегретые воды гидротермальных источников, и полости соляных кристаллов. Планеты и луны с подобными условиями могли бы оказаться подходящим обиталищем для жизни.
Но какими бы странными ни были некоторые из обнаруженных видов, все они разделяют фундаментальные черты E. coli. Все они представляют собой мембраны, внутри которых собраны белки и ДНК. Для роста им необходимы источники углерода и энергии. И еще им необходима жидкая вода — среда, в которой могут протекать химические реакции. Если перенести некоторые из самых выносливых организмов Земли к какомунибудь подземному гидротермальному источнику на Марсе — или, к примеру, под ледяную корку спутника Сатурна Энцелада, — они, возможно, смогли бы там выжить, хотя и с трудом.
Тем не менее ученые остро чувствуют, что жизнь на Земле может и не быть образцом для всей жизни во Вселенной. Это стало особенно очевидно после наших собственных экспериментов с жизнью. Расширение генетического кода E. coli не убивает бактерию, и нет оснований считать, что жизнь на других планетах не могла бы использовать для строительства белков другие аминокислоты. Вся жизнь на Земле для кодирования генетической информации пользуется четырехбуквенным языком. Но ученым уже удалось модифицировать E. coli с использованием искусственных оснований — иными словами, удалось расширить алфавит жизни, добавив к нему новые буквы. Чем дальше, тем больше синтетическая биология сливается с астробиологией.
Можно допустить даже, что жизнь способна вообще обойтись без ДНК. Некоторые эксперименты позволяют предположить, что та же структура — прочная основа и последовательность соединений, несущих информацию, — может быть реализована на основе других молекул. Не исключено даже, что эти молекулы будут способны точно себя копировать. Некоторые ученые рассуждают даже о том, что жизнь в принципе может существовать без жидкой воды. Вместо нее соответствующую роль может выполнять другая жидкость, к примеру жидкий метан.
Но из чего бы ни состояла внеземная жизнь, ее открытие, безусловно, сильно изменило бы наши представления о жизни вообще. Это событие дало бы наконец нам возможность искать закономерности жизни на примере больше чем одной планеты. Ученые, вероятно, начали бы исследование внеземной жизни с самых низких ее уровней и попытались бы определить, как она хранит генетическую информацию. Но черед самых интересных сравнений пришел бы позже. Всю без исключения жизнь на Земле объединяет не только ДНК. И E. coli, и слон выживают в меняющемся мире благодаря устойчивости своих генетических схем. Естественный отбор определяет срок их существования и управляет сложной социальной жизнью, полной самопожертвования и обмана. Барьеры делят живые системы на отдельные организмы, но вирусы объединяют их все в единую генетическую матрицу. Внеземная жизнь показала бы, насколько универсальны эти свойства.
Если бы внеземная жизнь оказалась во всем похожей на земную, ученым пришлось бы выбирать из двух возможных вариантов. Может быть, одна и та же биология возникла независимо в разных мирах, а может, она путешествует по Вселенной от мира к миру.
Греческий философ Анаксагор, живший в V в. до н. э., объявил, что жизнь на Земле возникла из семян, распространяющихся по всему космосу. Процесс переноса жизни он назвал панспермией. В XX в. Фрэнсис Крик и некоторые другие видные ученые вновь, и не единожды, выдвигали теорию панспермии в различных формах. Они предположили, что начало всей жизни на Земле дали некие споры жизни, упавшие на Землю несколько миллиардов лет назад. Теория панспермии была встречена с большими сомнениями, поскольку ее сторонники не могли предъявить никаких доказательств того, что жизнь существует на других планетах или что она способна пережить межпланетное путешествие. Более того, сама концепция панспермии совершенно неудовлетворительна, потому что никак не объясняет происхождение жизни. Она просто отодвигает границы проблемы.
Панспермия и теперь вызывает серьезный скептицизм, но сегодня ученые по крайней мере могут говорить о ней на конференциях и не бояться быть осмеянными. На ранних этапах существования Солнечной системы большие метеориты очень часто падали на планеты, выбрасывая их вещество в космос. В некоторых случаях это вещество могло со временем достигнуть других планет. Путь с Марса на Землю особенно удобен, потому что эти планеты расположены достаточно близко друг к другу и поле тяготения у Марса намного слабее. Даже в наше время, по оценкам ученых, на Землю каждый год падает около 15 метеоритов с Марса. Планеты могут обмениваться кусочками своего вещества и на куда более далеких расстояниях. Куски скальной породы с Земли вполне могли добраться до лун Юпитера и Сатурна. Более того, по одной из оценок, камень с Земли, возможно, падает на спутник Юпитера Европу каждые 50 000 лет. Конечно, для нас 50000 лет — невообразимо долгий срок, но в масштабах истории Солнечной системы это не более чем дождь с градом.
Если эти исследования верны, возможно, что какаянибудь группа E. coli унеслась когдато, тысячи лет назад, на метеорите в межпланетное пространство. Для большинства микроорганизмов подобное путешествие не могло не закончиться фатально. Одни погибли бы от жесткого космического излучения, от которого обитателей Земли защищает плотная атмосфера. Другие умерли во время огненного спуска на другую планету. Но несколько микроорганизмов все же могло уцелеть. А для заселения плодородной планеты их и нужното, согласно выводам Ледерберга и его коллег, всего несколько. Некоторые ученые даже считают, что подобные путешествия могли сыграть положительную роль и сохранить жизнь в Солнечной системе. Дело в том, что столкновение с достаточно крупным объектом могло вскипятить и полностью испарить все океаны Земли — и уничтожить жизнь на планете, практически стерилизовав ее. Потребовались бы миллионы лет, чтобы испарившаяся вода собралась в тучи и вновь выпала дождем на землю, сделав ее пригодной для жизни. В этой ситуации жизнь на время тяжких испытаний могла найти себе убежище на Марсе или гдето в другом месте.
Крайнюю форму панспермии предложил в 2004 г. ирландский астроном Уильям Нэйпир. Он утверждал, что камни, выбитые с одной из планет нашей Солнечной системы, могли вообще улететь за ее пределы. Там, далеко, на безопасном расстоянии от Солнца, улетевшие вместе с камнем микроорганизмы не будут страдать от его ультрафиолетового излучения. Некоторые из этих камней могут закончить свой путь на планетах, обращающихся вокруг иных звезд, где микроорганизмы могут найти новый гостеприимный дом. Конечно, эти планеты тоже содрогаются от ударов небесных тел и посылают собственную жизнь в другие солнечные системы. По оценкам Нэйпира, при помощи такой межзвездной инфекции всего за несколько миллиардов лет вся Галактика оказалась бы заражена жизнью.
Это возвращает меня к мысли о чашке с E. coli, которую я поднял к усеянному звездами небу. В некоторые ночи в некоторых местах Земли можно разглядеть в космосе Международную космическую станцию. E. coli тоже там, наверху. Она плавает в телах астронавтов, в питьевой воде, в водяных капельках на стенах орбитальной станции. Удалось ли ей проникнуть дальше? Беспокойство Ледерберга по поводу заражения других планет никуда не делось. Какие бы меры ни принимали создатели автоматических межпланетных станций, судя по всему, кое — какие особенно стойкие существа умудряются устроиться на их пверхности и отправиться в далекий путь.
«Специалисты в страшных снах видят, как они обнаруживают жизнь на Марсе, а оказывается, что это E. coli из Пасадены», — сказал в 2001 г. Кеннет Нилсон, геобиолог из Южно — Калифорнийского университета.
Сегодня я вижу, как восходит Марс — красновато — желтая точка на темном бархате неба. На мгновение я забываю о теории вероятности и представляю, как E. coli летит сквозь пространство на спине одного из первых марсианских зондов — возможно, русского орбитального аппарата[36], который потерял управление и рухнул на поверхность. Я понимаю, что E. coli не смогла бы овладеть этой планетой — она погибла бы в холодной радиоактивной ночи без атмосферы, которая создала бы вокруг достаточное давление. И сейчас, глядя на красновато — желтую точку, я представляю себе Марс как крохотную погибшую колонию E. coli на фоне громадной черной чашки Петри. Escherichia coli помогла нам здесь, на Земле, прийти к пониманию жизни, а сейчас отправилась на разведку в бескрайнюю живую Вселенную.
Благодарности
Я благодарен всем ученым, которые открыли для меня свои лаборатории, отвечали на мои телефонные звонки и электронные письма, — все ради того, чтобы рассказать мне об Escherichia coli. В их числе Адам Аркин, Марк Ахтман, Мадан Бабу, Стивен Беннер, Говард Берг, Мэри Берлин, Сэм Браун, Рональд Брейкер, Дэниел Вайнрайх, Александер ван Оденарден, Барри Баннер, Джон Деннехи, Майкл Дебели, Джон Дойл, Питер Карп, Фрэнк Киль, Джей Кислинг, Кэрол Клиланд, Джеймс Коллинз, Майкл Кравинкель, Ян — Ульрих Крефт, Ричард Ленски, Хиратада Мори, Кааре Нилсен, Эндрю Нолл, Марк Паллен, Бернард Палссон, Артур Парди, Роберт Пеннок, Марк Пташне, Маргарет Райли, Джон Рот, Дин Роув — Магнус, Филипп Tapp, Джеффри Таунсенд, Фред Теновер, Пол Тернер, Пол Томас, Христос Узунис, Джордж Уильямс, Дэвид Уссери, Томас Ференси, Финбарр Хейес, Джордж Чёрч, Джек Шостак, Майкл Эллисон, Тьерри Эмоне и Дрю Энди.
Я хотел бы также поблагодарить ученых и писателей, просмотревших и подкорректировавших рукопись или часть ее. Среди них Ури Алон, Марк Ахтман, Майкл Балтер, Мадан Бабу, Лес Детлефсен, Джон Ингрэм, Ричард Ленски, Ник Матцке, Фредерик Нидхардт, Моника Райли, Эрик Стюарт, Майкл Фельдгарден, Кевин Фостер и Джеймс Ху. Особенно много времени уделил рукописи Мозелио Шехтер. В любых ошибках, избежавших их пристального внимания, виноват я и только я. Хочу поблагодарить Дорона Вебера из фонда Alfred P. Sloan Foundation, помогавшего мне с финансированием исследований в процессе подготовки книги. Также приношу благодарность редакторам журналов и газет, в которых я публиковал статьи на некоторые из тем, рассмотренных в книге. Это Джеймс Горман и Эрика Гуд из The New York Times, Тим Аппенцеллер из National Geographic, Дэвид Гроган, Сьюзен Круглински и Кори Пауэлл из Discover, Лора Хельмут из Smithsonian, Брюс Феллман и Катрин Лассила из Yale Alumni Magazine, Лесли Робертс из Science и Рики Рустинг из Scientific American.
Мой агент Эрик Симонофф никогда не теряет чутья, позволяющего ему отличать хорошие идеи от дурных. Увидев, как он поднимает брови при коротком рассказе о том, как плавает E. coli, я понял, что идея книги, пожалуй, неплоха. Я благодарен также Мартину Эшеру, моему редактору в издательстве Pantheon, и Тадеушу Маевски, моему иллюстратору.
Наконец, нельзя не сказать и о семье. Я благодарен своим дочерям Шарлотте и Веронике за терпение, ведь папа так много времени тратил на работу над книгой о «хорошем микробе». А моя жена Грейс обеспечивала мне одновременно и моральную поддержку, и здравую редакторскую критику. Без нее никакой книги точно не было бы
Библиография
Ackermann, М., L. Chao, C. T. Bergstrom, and M. Doebeli. 2007. On the evolutionary origin of aging. Aging Cell 6 (2):235~44.
Adams, J. 2004. Microbial evolution in laboratory environments. Res Microbiol 155(5):311-18.
Adrio, J. L., and A. L. Demain. 2006. Genetic improvement of processes yielding micro- bial products. FEMS Microbiol Rev 30 (2):187–214.
Alon, U. 2007. Network motifs: Theory and experimental approaches. Nat Rev Genet 8 (6):450—61.
Andrews, S. C., A. К. Robinson, and F. RodriguezQuinones. 2003. Bacterial iron homeostasis. FEMS Microbiol Rev 27 (2–3):215—37.
Avery, О. T., C. M. MacLeod, and M. McCarty. 1979. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types: Induction of trans- formation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type III. J Exp Med 149 (2):297–326.
Avise, John C. 2004. The hope, hype, and reality of genetic engineering: Remarkable storiesfrom agriculture, industry, medicine, and the environment. New York: Oxford University Press.
Babili, S. al-, and P. Beyer. 2005. Golden rice — five years on the road — five years to go? Trends Plant Sei 10 (12):565—73.
Babu, M. M., and L. Aravind. 2006. Adaptive evolution by optimizing expression levels in different environments. Trends Microbiol 14
(1):11–14.
Backhed, F., R. E. Ley, J. L. Sonnenburg, D. A. Peterson, and J. I. Gordon. 2005. Host- bacterial mutualism in the human intestine. Science 307 (5717):1915-20.
Baker, D., G. Church, J. Collins, D. Endy, J. Jacobson, J. Keasling, P. Modrich, C. Smolke, and R. Weiss. 2006. Engineering life: Building a fab for biology. Sei Am 294 (6):44–51.
Baker, M. D., P. M. Wolanin, and J. B. Stock. 2006. Signal transduction in bacterial chemotaxis. Bioessays 28 (l):9-22.
Balaban, N. Q., J. Merrin, R. Chait, L. Kowalik, and S. Leibler.
2004. Bacterial persis- tence as a phenotypic switch. Science 305 (5690):1622—25.
Barluenga, М., K. N. Stolting, W. Salzburger, M. Muschick, and A. Meyer. 2006. Sym- patrie spйciation in Nicaraguan crater lake cichlid fish. Nature 439 (7077):719-23. Barrick, J. E., and R. R. Breaker. 2007. The power of riboswitches. Sei Am 296 (1):50–57. Bartoloni,
A., L. Pallecchi, M. Benedetti, C. Fernandez, Y. Vallejos, E. Guzman,
A. L. Villagran, A. Mantella, C. Lucchetti, F. Bartalesi, M. Strohmeyer,
A. Bechini, H. Gam- boa, H. Rodriguez, T. Falkenberg, G. Kronvall,
E. Gotuzzo, F. Paradisi, and G. M. Rossolini. 2006. Multidrugresistant commensal Escherichia eoli in children, Peru and Bolivia. Emerg Infect Dis 12 (6)507-13.
Battistuzzi, F. U., A. Feijao, and S. B. Hedges. 2004. A genomic timescale of prokaryote evolution: Insights into the origin of methanogenesis, phototrophy, and the colonization of land. BMC Evol Biol 4:44.
Behe, Michael. 1996. Darwin’s black box. New York: Free Press.
Behrens, Mark R., Nedim Mutlu, Sarbani Chakraborty, Razvan Dumitru, Wen Zhi Jiang, Bradley J. LaVallee, Patricia L. Herman, Thomas E. Clemente, and Donald P. Weeks. 2007. Dicamba resistance: Enlarging and preserving biotechnologybased weed management strategies. Science 316 (5828):1185—88.
Beloin, C., J. Valle, P. LatourLambert, P. Faure, M. Kzreminski, D. Balestrino, J. A. Haa- gensen, S. Molin, G. Prensier, B. Arbeille, and J. M. Ghigo. 2004. Global impact of mature biofilm lifestyle on Escherichia coli K-12 gene expression. Mol Microbiol 51 (3):659-74.
Benner, S. A., A. Ricardo, and M. A. Carrigan. 2004. Is there a common chemical model for life in the universe? Curr Opin Chem Biol 8 (6):672-89.
BenShahar, Y., K. Nannapaneni, T. L. Casavant, T. E. Scheetz, and M. J. Welsh. 2006.
Eukaryotic operonlike transcription of functionally related genes in Drosophila. Proc Natl Acad Sei USA 104 (l):222-27.
Berg, Howard C. 2004. E. eoli in motion. Biological and Medical Phsics Series. New York: Springer.
Bernhardt, T. G., and P. A. de Boer. 2005. SlmA, a nucleoid- associated, FtsZ binding protein required for blocking septal ring assembly over chromosomes in E. eoli. Mol Cell 18 (5):555—64.
Binnewies, T. T., Y. Motro, P. F. Hallin, O. Lund, D. Dunn, T. La, D. J. Hampson, M. Bellgard, T. M. Wassenaar, and D. W. Ussery. 2006. Ten years of bacterial genome sequencing: Comparativegenomics- based discoveries. Funct Integr Genomics 6 (3):165—85.
Bird, C. P., B. E. Stranger, and E. T. Dermitzakis. 2006. Functional variation and evolu- tion of noncoding DNA. Curr Opin Genet Dev 16 (6):559—64.
Blattner, F. R., G. Plunkett III, C. A. Bloch, N. T. Perna, V. Burland, M. Riley, J. Collado- Vides, J. D. Glasner, C. K. Rode, G. F. Mayhew, J. Gregor, N. W. Davis, H. A. Kirk- patrick, M. A. Goeden, D. J. Rose, B. Mau, and Y. Shao. 1997. The complete genome sequence of Escherichia coli K-12. Science 277 (5331):1453-74.
Bliss, Richard. 1981. Creation science papers. Series 1, subseries 1, box 4, folder 5. Special collections, University of Arkansas Libraries, Fayetteville.
Bogosian, G., andJ. F. Kane. 1991. Fate of recombinant Escherichia coli K-12 strains in the environment. AdvAppl Microbiol 36:87-131.
Bollinger, R. R., A. S. Barbas, E. L. Bush, S. S. Lin, and W. Parker. 2007. Biofilms in the normal human large bowel: Fact rather than fiction. Gut 56:1481-12.
Borlaug, N. E. 2000. Ending world hunger: The promise of biotechnology and the threat of antiscience zealotry. Plant Physiol 124 (2):487—90.
Bray, D., M. D. Levin, and K. Lipkow. 2007. The chemotactic behavior of computer- based surrogate bacteria. Curr Biol 17 (1):12–19.
Bray, J. 1945. Isolation of antigenically homogeneous strains of Bact. coli neapolitanum from summer diarrhea of infants. J Pathol Bacteriol 57:239-47.
Brock, Thomas D. 1990. The emergence of bacterial genetics. Cold Spring Harbor, N. Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press.
Bud, Robert. 1993. The uses of life: A history of biotechnology. New York: Cambridge University Press.
Bush, George. 2006. State of the Union Address. White House. http://www.whitehouse. gov/stateoftheunion/2006 /.
Cairns, J., J. Overbaugh, and S. Miller. 1988. The origin of mutants. Nature 335(6186):142-45.
Casalino, M., M. C. Latella, G. Prosseda, P. Ceccarini, F. Grimont, and
B. Colonna. 2005. Molecular evolution of the lysine decarboxylase- defective phenotype in Shigella sonnei. IntJ Med Microbiol294 (8):503—12.
Cascales, E., S. K. Buchanan, D. Duchй, C. Kleanthous, R. Lloubes, K. Postle, M. Riley, S. Slatin, and D. Cavard. 2007. Colicin biology. Microbiol Mol Biol Rev 71 (1):158–229. Cavalieri, L. F. 1976. New strains of life — or death. New York Times Magazine, August 22,1976.
Chang, D. E., D. J. Smalley, and T. Conway. 2002. Gene expression profiling of Escherichia coli growth transitions: An expanded stringent response model. Mol Microbiol 45 (2):289–306.
Chang, М. С., and J. D. Keasling. 2006. Production of isoprenoid pharmaceuticals by engineered microbes. Nat Chem Biol 2
(12):674—81.
Chargaff, E., and F. R. Simring. 1976. On the dangers of genetic meddling. Science 192(4243):938.
Chen, S. L., С. S. Hung, J. Xu, C. S. Reigstad, V. Magrini, A. Sabo, D. Blasiar, T. Bieri, R. R. Meyer, P. Ozersky, J. R. Armstrong, R. S. Fulton, J. P. Latreille, J. Spieth, T. M. Hooton, E. R. Mardis, S. J. Hultgren, and J. I. Gordon. 2006. Identification of genes subject to positive selection in uropathogenic strains of Escherichia eoli: A comparative genomics approach. Proc Natl Acad Sei USA 103 (15):5977—82.
Chong, JiaRui. 2006.13th century text hides words of Archimedes. Los Angeles Times, December 26,2006.
Chou, C. P. 2007. Engineering cell physiology to enhance recombinant protein produc- tion in Escherichia eoli. Appl Microbiol Biotechnol, in press.
Ciccarelli, Francesca D., Tobias Doerks, Christian von Mering, Christopher J. Creevey, Berend Snel, and Peer Bork. 2006. Toward automatic reconstruction of a highly resolved tree of life. Science 311 (5765):1283-87.
Cirz, R. T., J. K. Chin, D. R. Andes, V. de CrйcyLagard, W. A. Craig, and F. E. Romes- berg. 2005. Inhibition of mutation and combating the evolution of antibiotic resistance. PLoS Biol 3 (6):el76.
Clarke, T. 2001. The stowaways. Nature 413 (6853):247-48.
Clinton, W. J. 2000. Speech by President on Completion of First Survey of En- tire Human Genome, http://www.clintonpresidentialcenter.org; accessed Octo- ber 24,2007.
Cosentino Lagomarsino, M., P. Jona, В. Bassetti, and H. Isambert. 2007. Hierarchy and feedback in the evolution of the Escherichia eoli transcription network. Proc Natl Acad Sei USA 104 (13):5516-20.
Crabb, W. D., and J. K. Shetty. 1999. Commodity scale production of sugars from starches. Curr Opin Microbiol 2 (3):252—56.
Crozat, E., N. Philippe, R. E. Lenski, J. Geiselmann, and D. Schneider.
2005. Longterm experimental evolution in Escherichia coli. XII. DNA topology as a key target of selection. Genetics 169 (2):523—32.
Csete, M., and J. Doyle. 2004. Bow ties, metabolism and disease. Trends Biotechnol 22 (9):446-50.
Davis, Rowland H. 2003. The microbial models of molecular biology: From genes to genomes. New York: Oxford University Press.
Delbrьck, M. 1954. On the replication of desoxyribonucleic acid (DNA). Proc Natl Acad Sei USA 40:783-88.
—. 1969. Nobel lecture, http://nobelprize.org/nobel prizes/medicine/laureates /1969 / delbrucklecture. html.
Demerec, M. 1948. Origin of bacterial resistance to antibiotics./ Bacteriol 56 (l):63–74.
Denamur, E., 0. Tenaillon, C. Deschamps, D. Skurnik, E. Ronco, J. L. Gaillard, В. Pi- card, C. Branger, and I. Matic. 2005. Intermediate mutation frequencies favor evo- lution of multidrug resistance in Escherichia eoli. Genetics 171 (2):825-27.
Dethlefsen, L., P. В. Eckburg, E. M. Bik, and D. A. Relman. 2006. Assembly of the human intestinal microbiota. Trends Ecol Evol 21 (9):517—23.
Dick, Steven J. 1998. Life on other worlds: The twentiethcentury extraterrestrial life debate. New York: Cambridge University Press.
Dick, Steven J., and James Edgar Strick. 2004. The living universe: NASA and the devel- opment of astrobiology. New Brunswick, N. J.: Rutgers University Press.
Dolman, Claude E. 1970. Theodor Escherich. In Dictionary of scientific biography; ed. C. C. Gillispie. New York: Scribner.
Domka, J., J. Lee, T. Bansal, and Т. К. Wood. 2007. Temporal gene- expression in Escherichia coli K-12 biofilms. Environ Microbiol 9
(2):332-46.
Doolittle, W. F. 2000. Uprooting the tree of life. Sei Am 282 (2):90–95.
Doyle, J., D. L. Alderson, L. Li, S. Low, M. Roughan, S. Shalunov, R. Tanaka, and W. Willinger. 2005. The “robust yet fragile” nature of the Internet. Proc Natl Acad Sei USA 102 (41):14497—502.
Doyle, J., and M. Csete. 2005. Motifs, control, and stability. PLoS Bi'o/3 (ll):e392.
Dutton, Diana Barbara, Thomas A. Preston, and Nancy E. Pfund. 1988. Worse than the disease: Pitfalls of medical progress. New York: Cambridge University Press.
Echols, Harrison. 2001. Operators and promoters: The story of molecular biology and its creators. Ed. Carol Gross. Berkeley: University of California Press.