Старение вспять, свиные органы и будущее человечества: прогноз от самого влиятельного генетика нашего времени

Независимый журналист с платформы Medium побеседовал с Джорджем Чёрчем — одним из самых влиятельных генетиков современности из Гарварда. Учёный рассказал о редактировании генома, борьбе со старением, создании имплантатов, заменяющих человеческие органы и части мозга. Коснулись и одной из самых актуальных тем современной биоинженерии: связи мозга и ИИ, причем не только имплантации, но и создания ИИ на основе нейронов, а также использования ДНК для хранения информации. Очень интересный материал с огромным охватом тем, не пропустите, если интересуетесь биоинженерией.

Для человека, который взял на себя роль Господа Бога, Джордж Чёрч выглядит подобающе. За последние 45 лет этот генетик из Гарварда с густой белой бородой опубликовал сотни статей и получил десятки патентов, которые расширили наши способности читать и писать на языке жизни — ДНК. Он одним из первых сумел изменить гены в клетках млекопитающих с помощью технологии CRISPR. Это исследование стало продолжением его докторской диссертации. Его эклектичной лаборатории удалось продвинуть биоинженерию по множеству направлений и показать, что с ее помощью можно воскрешать мамонтов, истреблять малярийных комаров, создавать бактерии, очищающие атмосферу, и даже регистрировать частицы темной материи, которые постоянно бомбардируют планету из космоса.

А однажды он уместил 70 млрд экземпляров своей книги Regenesis в частице ДНК размером не больше точки. Для этого ему пришлось переписать книгу с помощью алфавита из четырех азотистых оснований двойной спирали ДНК (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Мы же решили поговорить с Чёрчем о будущем человечества, и ученый поделился размышлениями о свиных органах, приложениях  для знакомств, мозгах в пробирке и искусственном интеллекте. Интервью публикуется с незначительными изменениями и сокращениями для удобства чтения.

Вы оптимистично настроены думая о будущем человечества?

Джордж Чёрч: В космосе пока ловить нечего — одни безжизненные камни. Альтернатива прискорбная, поэтому нужно сделать все возможное, чтобы наш вид не вымер до тех пор, пока не найдется хотя бы намек на похожую планету. Случись что, неясно даже, кто придет на наше место: обезьяны или кальмары. Наверное, вы хотели спросить, какова вероятность, что наш вид протянет еще сто лет? Не имею ни малейшего представления.

Многим хочется увеличить продолжительность жизни. Какой подход вам наиболее близок?

Согласно обзорным статьям, к этому есть девять подходов. Наивно надеяться на какое-то одно чудодейственное средство: выпил таблетку, съел что-нибудь (или наоборот, не стал есть) — и как рукой сняло. Один из ключевых методов — подавление воспалительных процессов. Для этого существуют противовоспалительные белки, которые действуют как локально, так и на весь организм. Еще можно восстанавливать нормальную работу митохондрий, в клетках они отвечают за производство энергии. Скажем, есть белок под названием митохондриальный фактор транскрипции А. Мы показали, что если повысить его концентрацию, увеличится количество небольших молекул, которые помогают митохондриям. Кроме того, с возрастом укорачиваются теломеры — участки ДНК, защищающие концы хромосом. А фермент обратной транскриптазы теломеразы добавляет к этим участкам нужные последовательности азотистых оснований. Если с возрастом выработка фермента снижается, есть метод восполнить его недостаток. Список можно продолжать и продолжать. Эффективность многих способов была доказана в опытах на мышах. Мне по душе генная терапия.

Как работает генная терапия и для чего еще ее можно использовать?

Белки и гены можно вводить в организм человека внутривенно. Если какого-то белка не хватает или он поврежден, можно поместить в организм или сам белок, или ген, который его кодирует. Клинические испытания проводятся по двум тысячам методов. Вот, к примеру: ген RPE65 отвечает за производство очень важных белков сетчатки глаза. Мутации в этом гене вызывают амавроз Лебера — заболевание, приводящее к потере зрения. Средствами генной терапии этот ген можно заменить. Помимо лечения мутаций генная и белковая терапия могут пригодиться еще во многих областях. Белки — хитроумные устройства, их можно настроить на выполнение новых функций. В редких случаях у людей можно обнаружить белки с крайне любопытными свойствами. Например, есть люди, которые часто контактируют с ВИЧ, однако СПИДом не заболевают, без всяких препаратов. Можно выяснить, почему так происходит, и на основании этого придумать метод генной или белковой терапии для ВИЧ-инфицированных.

Увеличить продолжительность жизни можно с помощью пересадки органов тем, кто в этом нуждается. Но человеческих органов на всех не хватает. Как продвигается ваша работа по изменению генома свиньи для выращивания органов, совместимых с организмом человека?

Мы начали испытывать органы генетически измененных свиней на приматах. Кто-то скажет, дескать, нехорошо заниматься усовершенствованием человеческого тела, но дело в том, что мы занимаемся им постоянно. И обращение старения, и вакцинация — это усовершенствования. Сложно придумать весомый довод в пользу усовершенствования здорового человека, а вот органы для пересадки больному — совсем другой разговор. Всем ведь нужны качественные органы. Чтобы и к микробам были устойчивы, и к раку. Бывает важно, чтобы орган хорошо переносил криоконсервацию.

Встречались ли с негативной реакцией со стороны тех, кто не приемлет идею о смешении видов?

Как оказалось, самый жестокий критик для меня — это я сам, и от Джорджа Чёрча мне достается по полной. Дело в том, что биотехнологу случается предсказывать открытия за несколько лет до того, как их сделают другие биологи, и уж точно раньше, чем их оценят с точки зрения биоэтики. Так что я, в некотором роде, первый в очереди, и заранее вижу, что может пойти не так. Некоторые мои коллеги беспокоятся, что требования со стороны надзорных органов замедляют прогресс. Мои исследования от этого никогда не замедлялись. А вот из-за недостатка регулирования в некоторых областях такое случалось. Например, в Европе недостаточно контролировали применение талидомида, что приводило к выкидышам и очень серьезным врожденным заболеваниям. А в США по той же причине недоглядели за обезболивающим препаратом «Виокс», который повышал риск инфаркта.

Еще я выступаю за обсуждение вопросов, которые находятся вне компетенции Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA). Там не регулируют экономические вопросы и вопросы  равноправия. Управление не обязано обеспечивать доступность определенного лекарства всему человечеству. Я потратил немало времени, чтобы снизить цены на технологии. Наиболее выдающихся результатов удалось добиться в сфере секвенирования ДНК. За последние 14 лет мы снизили цену этой процедуры в 10 миллионов раз, и я надеюсь, что в этом году сократим ее до нуля. В идеале будем платить людям, чтобы они секвенировали свою ДНК.

Вы сказали, что секвенировать свою ДНК должен каждый. Почему вы так считаете?

Каждый человек должен иметь возможность секвенировать ДНК. Можно сэкономить миллиарды долларов, ведь около 5% детей рождается с серьезными генетическими отклонениями. Они умирают в детстве, страдают всю свою недолгую жизнь, а родители тратят кучу денег на лечение.

Смысл в том, чтобы два человека не создавали семью, если комбинация их генов даст больное потомство?

Да, если оба партнера оказались носителями неблагополучного рецессивного аллеля. Уже доказано, что этот подход работает для небольшого количества болезней в небольших популяциях. Например, при помощи правильного подбора родителей была практически полностью ликвидирована болезнь Тея ‒ Сакса. Подбор родителей даже не регулируется FDA, это и не область медицины вовсе, однако результаты этого невероятны. У этой системы практически нет недостатков. Отсеются лишь 5% от общего числа потенциальных партнеров.

Как вы думаете, станут ли люди добавлять последовательности ДНК в профили на сайтах знакомств и ставить фильтр для подбора генетически совместимых партнеров?

На уровне программного обеспечения это вполне осуществимо. Можно будет написать кому-нибудь: «Привет, программа говорит, что мы совместимы. Может, встретимся, выпьем кофе?» Я немного утрирую, ведь речь идет о продолжении рода. Довольно странное приглашение на свидание.

Каково будущее секвенирования?

На следующем этапе возможны три варианта:

1. Подешевеет флуоресцентное секвенирование. Его основная идея в том, что ДНК помещается под микроскоп, и к ней добавляются флуоресцентные химические реагенты, которые связываются с молекулами аденина, цитозина и гуанина и окрашивают их в разные цвета. Камера записывает, в каком порядке располагаются точки.

2. Второй вариант — флуоресцентное секвенирование прямо на срезе ткани, при этом можно будет увидеть названия всех экспрессированных генов и места их расположения.

Прямо как в дополненной реальности?

Необязательно, даже просто на экране компьютера. Проблема в том, что сейчас пространственная информация не используется, потому что клетки просто вскрывают и в случайном порядке помещают их содержимое под микроскоп. А ведь можно эту информацию не терять. Вы правильно заметили: получив данные о расположении ДНК в пространстве, необходимо как-то ее визуализировать, возможно — с помощью 3D-моделирования, как в виртуальной или дополненной реальности.

3. Третий вариант очень занимательный — секвенирование с помощью нательных приборов. Устройства должны быть настолько маленькими и быстрыми, чтобы в реальном времени анализировать реакцию клеток на окружающую среду и сообщать, есть ли в воздухе аллергены или болезнетворные бактерии. А может даже определять, какие животные и люди находятся рядом с ним.

По поводу редактирования генома. Вы сыграли большую роль в применении технологии CRISPR для изменения клеток млекопитающих. Не могли бы вы кратко объяснить, что это за технология и почему эта работа имеет такое большое значение?

Позвольте начать с того, что я так не считаю. Хотя казалось бы: я, пожалуй, от этой технологии выиграл больше всех. Существует около восьми различных способов редактирования генома. И метод с использованием CRISPR — лишь один из них. Он не сильно лучше предыдущего, да и остальные методы вполне работают. По некоторым параметрам CRISPR оказывается чуть ли не в три раза лучше предыдущего метода, по другим — уступает ему. Однако нет сомнений в том, что технология стала революционной.

В скольких стартапах вы сейчас работаете? Что привлекает вас в этой области?

За годы работы я участвовал в создании около 25 стартапов, примерно столько же консультировал. Ко мне обращались и крупные компании. Когда создаешь что-то в тепличных условиях академической среды, можно опубликовать об этом научную работу, но это совсем не значит, что она на что-либо повлияет. Может быть, ее прочитают другие ученые. А вот чтобы сделать из изобретения рабочее изделие, начать производить его в необходимом масштабе, снабдив адекватной инструкцией к применению и программами для обучения, необходимо совместно с компаниями рассказывать о нем за пределами научной среды. Это и привлекает меня (в коллаборации с бизнесом).

Некоторым людям отвратительна сама идея вмешательства в природу. Например, они не хотят употреблять в пищу ГМО продукты. Как вам кажется, почему так происходит?

Когда разговор заходит о ГМО, всем хочется четко установить границы дозволенного, но делают это обычно на основании ошибочных представлений, потому как многое еще непонятно. Мне, например, не кажется, что нужно ограничивать изменения в зародышевой линии (модификации эмбриона, яйцеклеток или клеток, участвующих в выработке спермы, которые передаются по наследству). Или работу с рекомбинантной ДНК — комбинирование генов разных биологических видов.

Искусственная замена аденина на тимин, цитозина на гуанин или вообще любая замена азотистых оснований так похожа на природный процесс, что почти невозможно сказать наверняка, какие изменения произошли благодаря технологии CRISPR, а какие возникли сами собой. Мне кажется, что нужно регламентировать не процесс, а результат. Лично меня ГМО пугают, но пугает меня и то, как растения выводились всю историю сельского хозяйства. Вносятся тысячи случайных мутаций, и каждая из которых может привести к образованию аллергена. Не думаю, что «случайный» всегда значит «хороший». Мой опыт показывает, что случайность — это скорее плохо. Генная инженерия дает нам возможность контролировать безопасность и полезность изменений.

Почему, по-вашему, не стоит устанавливать ограничения на модификацию клеток зародышевой линии?

Лучше спросить, какие вмешательства на этом уровне считаются нежелательными. На сегодняшний момент при наличии в роду генетической мутации обычно делают аборт или проводят искусственное оплодотворение. Теоретически модификация мужских половых клеток намного безопаснее, чем манипуляции с эмбрионами, искусственное оплодотворение или аборт.

В лаборатории вы преобразовываете стволовые клетки в ткань головного мозга. Как далеко вы продвинулись в этой области?

В самых больших структурах, которые нам удалось создать, порядка полумиллиарда клеток. Это больше, чем мозг мыши, но размер не самый внушительный. Мы лишь используем возможность запустить кровоток в капиллярах. Сейчас мы можем получать большинство основных типов клеток головного мозга. Мы можем создать олигодендроциты, которые образуют миелиновую оболочку, изолирующую нейронные связи. Можем создать эндотелиоциты, что очень важно, поскольку нет эндотелия — нет капилляров. Сейчас пытаемся создать органоиды покрупнее и посложнее, с хорошим кровотоком.

Где это планируется применять?

Мы рассматриваем три области применения. Первая, если перечислять в порядке возможности реализации, — тестирование аллелей (вариантов генов). Вызывает ли определенная мутация определенную дисфункцию мозга? У нас даже есть модель работы с болезнью Альцгеймера. Если взять клетки пациента, у которого поздно обнаружили заболевание, и клетки здорового пациента того же возраста из контрольной группы, и использовать их для создания органоидов мозга, можно увидеть, как по-разному они развиваются. Второе возможное применение — тестирование новых лекарств и методов лечения, электронного оборудования или генной терапии. И третье возможное применение — пересадка.

В каких случаях возможна пересадка мозга?

Пока обсуждалось, в основном, только лечение болезни Паркинсона. При этом недуге погибают дофаминергические нейроны, в результате чего возникают проблемы с двигательной активностью и мотивацией, и хотелось бы научиться их заменять. Впрочем, так можно лечить и некоторые формы эпилепсии. Вообще применение трансплантации возможно в любой части мозга, куда можно внедрить структуру, способную к созданию новых синапсов. Еще один вариант — регенерация клеток для устранения разрывов связей, из-за которых обычно возникает паралич.

То есть о трансплантации всего мозга речи не идет? Есть такая шутка, что единственный орган, который лучше отдать реципиенту, чем получить от донора, — это мозг.

Нет-нет, речь только о пересадке фрагментов.

Можно ли добавить себе мозговой ткани, чтобы увеличить IQ?

Для начала эту процедуру нужно будет сделать в высшей степени безопасной, чтобы ее могли использовать здоровые люди. Вполне могу себе такое представить.

Возможно ли использовать мозговые органоиды для создания искусственного интеллекта?

Да, это как раз четвертая область применения. Мозг человека значительно опережает любую вычислительную систему, если не считать решения очень узких задач: поиска информации, математических вычислений или игры в шахматы. К тому же, для этого нашему мозгу требуется мощность в 20 ватт, а компьютеру, для сравнения, — 100 тысяч. Поэтому мы впереди и по использованию энергии, и в том, что касается универсальности и нестандартного мышления. Кроме того, близится момент, когда может перестать действовать закон Мура, а развитие биотехнологии идет в геометрической прогрессии, ее показатели окупаемости каждый год увеличиваются в 10 раз.

Сейчас компьютеры оснащены центральным процессором, часто в них есть и специальный чип для решения определенных задач, например, графический процессор. Может ли в комплектацию компьютера когда-нибудь войти нейронный процессор, состоящий из мозговой ткани?

Почему бы и нет. Гибридные сочетания, скажем, взаимодействие человека и смартфона, очень полезны, потому что с задачами в области математики или поиска информации очень хорошо справляется именно компьютер. Хотя и эта ситуация может со временем измениться. Сейчас проводится большая работа по размещению информации в ДНК. Плотность хранения данных в ДНК почти в миллион раз больше, чем в кремнии или других неорганических носителях. Очень может быть, что в будущем биологические системы окажутся в этом смысле совершеннее, чем неорганические и даже гибридные системы.

В какой момент нужно будет задуматься о соблюдении прав созданного в лаборатории мозга?

В какой-то мере любой такой мозг сможет обладать развитым мышлением того или иного рода. Думаю, что проведение экспериментов с искусственным разумом, подобном человеческому, тоже можно считать неэтичным. Ученые, работающие в области компьютерных наук, с недавнего времени стремятся создать искусственный интеллект общего назначения. Но даже если обладатель этого интеллекта будет, что называется, умственно отсталым, он будет иметь права. Нужно будет каким-то образом задавать ему вопросы как в тесте Тьюринга, но с другой целью: ненароком не причинить ему беспокойство или страдания.

Сможем ли мы когда-нибудь измениться настолько, чтобы считать себя новым видом? И будут ли «ответвления» у этого «видового дерева»?

Достаточно сложно предсказать, пойдем ли мы по пути монокультуры или по пути широкого разнообразия. Даже если произойдет второе, сохранится возможность скрещивания. Взять, к примеру, собак: широкое разнообразие, при этом любую породу теоретически можно скрестить с другой и получить щенков-гибридов. Как мне кажется, мы пойдем по пути еще более широкого разнообразия и еще большей совместимости. На мой взгляд, тенденция именно такова. Людям хочется, чтобы все системы были совместимы. В больших городах все больше возможностей для языкового и культурного обмена. Думаю, таким же активным будет и взаимодействие между нашими будущими видами.

Как вы считаете, вы уже сделали свой самый значимый вклад в развитие человечества или все еще впереди?

Надеюсь, что впереди. Мне кажется, я только-только включаюсь в работу, а до этого 63 года учился. Обращение процесса старения позволит мне и многим моим коллегам выиграть еще больше времени на новые достижения. Можно считать это вкладом на метауровне, если получится воплотить эту идею в жизнь. Нашу работу с мозгом и новыми способами использования вычислительных систем тоже можно рассматривать на метауровне. Другими словами, если мы научимся думать по-новому и активизируем работу с новыми формами интеллекта, это приведет к созданию целого набора технологий, открывающих новые возможности.

Источник