Успех американского каштана показывает, насколько велики возможности синтетической биологии, когда речь идет о том, чтобы помочь видам адаптироваться и сохраниться, даже если для этого нужно перенести какие-то эволюционные находки с одной ветви древа жизни на другую. Но что если перед нами стоит противоположная задача – не сохранить вид, которому грозит исчезновение, а вернуть себе контроль над популяцией, которая чрезмерно разрослась? Можем ли мы использовать новый инструментарий для генной инженерии в обратную сторону?
Комаров никто не любит. Они мелкие, везде лезут и мерзко пищат. Мое знакомство с Комарами с большой буквы «К» состоялось во время первой арктической экспедиции. Меня предупреждали, что тамошние кровососы – это прямо ужас-ужас, и я отнеслась к этому серьезно. Я выросла на юго-востоке США и представляла себе, что такое беда с кровососами, особенно по вечерам. Запаслась спреем от комаров, длинными штанами и ветровкой. И решила, будто готова ко всему.
Первые несколько дней прошли неплохо. Мы плыли на каноэ по реке Айкпайкпек на Северном склоне Аляски. Было начало июля, поэтому бурные вешние воды уже схлынули и река текла спокойно. Мы лениво сплавлялись по течению, собирая кости и зубы животных ледникового периода, которые как раз обнажились из-под слоя мерзлой грязи, смытой недавними потоками талой воды, и в изобилии лежали на берегах и песчаных отмелях. Было прохладно, но не холодно, на небе ни облачка, солнце светило круглые сутки. А еще дул приятный ветерок.
А потом ветер стих и нагрянули комары.
И начался сущий кошмар. Комары были мелкие-мелкие (мне сказали, что эти пикирующие бомбардировщики всегда налетают в конце сезона; очевидно, в начале сезона комары крупнее и неповоротливее и их проще убить) и принимались сосать кровь, не успев даже пристроиться на коже. Репелленты их не отпугивали, сколько ни обливайся. Они налетали тучами. Иногда мне удавалось пришлепнуть десяток-другой, просто хлопнув в ладоши перед лицом. Если бы я не носила накомарник (купленный в последнюю минуту в каком-то магазинчике в Фэрбенксе), меня бы, наверное, кусали и в глаза, и в ноздри.
В тот день мы были на реке не единственными страдальцами. Теплокровных животных на Аляске мало, и мучились все, кто мог поспособствовать кормежке комариной стаи. В какой-то момент я увидела, как по реке впереди нас бредет лось, то и дело с головой окунаясь в ледяную воду, чтобы полегчало хоть на секунду. Комаров не любят даже лоси.
Моя встреча с арктическими комарами была просто адом кромешным. Но у арктических комаров, по крайней мере пока, есть одна положительная черта. Они не переносят болезней. Их стаи причиняют массу мучений, но не убивают. Чего не скажешь о комариных стаях во многих других местах, где один укус может стать смертным приговором.
Болезни, переносимые комарами, – одна из главных угроз здоровью человека и животного во всем мире. Через комариные укусы передаются вирусы (в том числе лихорадка денге, лихорадка Западного Нила и желтая лихорадка), паразиты (в том числе возбудители малярии и лимфатического филяриатоза) и болезнетворные бактерии. По оценкам ВОЗ, болезнями, которые передаются через комаров и других переносчиков, ежегодно заражается миллиард человек и миллион из них умирает. Болезни, переносимые комарами, влияют на наши запасы пищи, поскольку ими заражается скот, и повинны в снижении численности и даже вымирании целых видов на всей планете, в частности, птиц. Проблему болезней, переносимых комарами, надо решать.
Первое, что приходит в голову, – нацелиться на сами патогены, но это непросто. Прививки предотвращают лишь некоторые болезни, переносимые комарами, к тому же даже существующие вакцины недоступны в большинстве сообществ, особенно страдающих от этих инфекций. Модернизация и глобализация медицинской инфраструктуры повысили способности выявлять, отслеживать и лечить инфекции, переносимые комарами, однако появление новых инфекций вроде чикунгуньи и вируса Зика показывает, что мы не успеваем за развитием событий. Нам необходим способ победить все эти болезни разом. Вместо того чтобы работать над искоренением каждой инфекции по отдельности, ученым следует сосредоточиться на искоренении переносчиков, то есть на том, как убивать комаров.
Контроль над комарами – идея не новая. Мы осушали болота, чтобы комарам было негде размножаться, обливались ядовитыми химикатами, ставили вокруг столов для пикников миниатюрные электрошокеры (электромухобойки). Это помогало, но либо недостаточно (мухобойки), либо обходилось настолько дорого, что мы не были на такое готовы (помните, как от ДДТ погибли все птицы?).
Несколько более экологичных методов контроля над популяциями комаров предлагает биология. Скажем, яйца и личинки комаров можно уничтожать растительными химикатами естественного происхождения. Можно выпускать в места размножения комаров хищников, которые питаются их личинками, – рыб, лягушек, сеноедов. В некоторых странах экспериментировали с бактериями и грибками, патогенными для комаров. Но у всех этих методов есть неприятные последствия. Привозные водоплавающие виды побеждают в конкуренции местные и еще сильнее расшатывают экосистему. А поскольку популяции комаров огромны (и поэтому естественный отбор становится мощнейшей эволюционной силой), велика вероятность, что распространится какая-нибудь новая мутация, из-за которой популяция станет устойчивой к привнесенному извне сдерживающему средству.
Тем не менее существует биологический метод контроля над комарами, который одновременно экологичен и не вызовет их сопротивления. Как ни странно, этот метод состоит в том, чтобы выпустить в популяцию еще комаров. Только не обычных комаров, а троянских коней, вооруженных невидимой суперсилой, что способна погубить комариную популяцию изнутри.
Одна из суперсил троянских комаров – вольбахии. Вольбахии – эндосимбиотические бактерии, живущие в клетках некоторых видов насекомых и передающиеся от матери к потомству через инфицированные яйца. Вольбахиями заражаются около 40 % видов насекомых, в том числе и несколько видов комаров. Эти бактерии не убивают зараженных насекомых, однако снижают их фертильность. Если неинфицированная самка комара спарится с инфицированным самцом, потомство не выживет. В конце шестидесятых годов прошлого века ученые выпустили в Мьянме (тогдашней Бирме) много выращенных в лаборатории самцов комаров, инфицированных вольбахиями. Эти самцы спаривались со здоровыми самками, но не давали потомства. Местная популяция комаров была уничтожена, что доказывает действенность такого метода. В дальнейшем комаров, зараженных вольбахиями, выпускали как средство биологического контроля в популяции комаров Австралии, Вьетнама, Индонезии, Бразилии и Колумбии.
Однако при всей перспективности применения вольбахий для контроля над комарами у этого метода есть несколько недостатков. Во-первых, разводить в лабораторных условиях только особей мужского пола очень трудно. А если случайно выпустить вместе с самцами инфицированных самок, то вольбахии распространятся по популяции, что сведет на нет их потенциал как средства стерилизации комаров, поскольку потомство зараженных вольбахиями самок выживает. Во-вторых, любое сокращение популяции комаров сохранится лишь ненадолго, если, скажем, места их обитания легко и непринужденно колонизируют комары из соседних популяций. Наконец, у некоторых видов-переносчиков самых тяжелых заболеваний вольбахии уже есть, а значит, этот метод для их контроля просто не годится.
Эксперименты с вольбахиями выросли из теории, разработанной еще в тридцатые годы прошлого века. Ученые из Министерства сельского хозяйства США Раймонд Бушленд и Эдвард Книплинг получили задание остановить бушевавшую в стране эпидемию заражения крупного рогатого скота личинками мясной мухи. Исследователи решили, что могут взять верх над инфекцией, если прервут репродуктивный цикл насекомого, насыщая популяцию бесплодными особями. Опираясь на те же исследования, которые легли в основу мутационной селекции в сельском хозяйстве, они обнаружили, что облучение насекомых рентгеновскими лучами вызывает в их ДНК мутации, которые при высоких дозах делают их бесплодными. После Второй мировой войны подход «стерилизуй и выпускай» был опробован на практике и имел шумный успех. С тех пор его применяли для борьбы с болезнями крупного рогатого скота и других домашних животных, культурных растений и людей. В 1992 году Бушленд и Книплинг получили Международную продовольственную премию за свою роль в разработке этой методики.
Стерилизация рентгеновским излучением, как и вольбахии, не оставляет никакого химического следа в окружающей среде и едва ли способна прямо влиять на другие виды. В отличие от вольбахий, стерилизация рентгеновским излучением теоретически годится для любых видов, а если даже случайно и будут одновременно выпущены и бесплодные самки, и бесплодные самцы, то единственное, что грозит, – это напрасная трата денег. Главный недостаток методики тот же, что и у мутационной селекции. Облучение вызывает случайные мутации по всему геному с непредсказуемыми последствиями. Высокие дозы рентгеновских лучей обеспечат бесплодие (а следовательно, и исключат распространение остальных индуцированных мутаций), но также способны вызвать столько мутаций, что особи окажутся слишком слабыми и больными, чтобы спариваться. А если доза излишне мала, то особи могут сохранить фертильность, достаточную для распространения их вызванных облучением мутаций на остальную популяцию вредителей.
К счастью, бесплодие у насекомых можно вызвать и целенаправленным редактированием генома. В 2013 году Oxitec, биотехнологическая компания, расположенная в Великобритании, начала выпускать в пригородах Жуазейру в бразильском штате Баия миллионы генно-инженерных бесплодных самцов комаров Aedes aegypti. Чтобы создать бесплодных комаров, Oxitec вводила в геном комаров ген, вынуждающий клеточные механизмы комара запускать неуправляемый, истощающий все ресурсы цикл, приводящий к быстрой гибели. Этот ген отвечает за выработку белка под названием «подавляемый тетрациклином трансактиватор» (