Mice Against Ticks («Мыши против клещей») был вынесен на рассмотрение законодательных органов как «общественное начинание по профилактике клещевых инфекций через изменение общей среды обитания». Команда Mice Against Ticks сотрудничает с комитетами, в которые входят жители островов Мартас-Винъярд и Нантакет, чтобы решить, что именно включает в себя понятие «изменение общей среды обитания». Задача ученых ясна. Заболеваемость болезнью Лайма на островах очень высока, в той или иной форме ею переболели почти 40 % жителей Нантакета. Переносчики этой болезни – черноногие клещи, и люди заражаются через укус инфицированного клеща. Белоногие оленьи мыши тоже заражаются болезнью Лайма через укусы инфицированных клещей и служат главным источником повторного заражения клещей. Проект Mice Against Ticks, как ясно из названия, применяет мышей для борьбы с клещами. Однако в обществе так и нет согласия по поводу того, стоит ли ради этого выпускать на острова генно-модифицированных мышей.
В распоряжении проекта Mice Against Ticks есть несколько стратегий, и островитянам самим предстоит решить, какую из них выбрать. Например, можно ввести в геномы белоногих мышей антитела к болезни Лайма, и тогда у мышей появится иммунитет к этой болезни. Можно выпустить генно-инженерных мышей в естественную среду в надежде, что они победят в конкуренции с мышами, зараженными болезнью Лайма. А можно создать генный драйв, который быстро распространит антитела к болезни Лайма по всей популяции мышей на островах. Пока что местные жители больше склоняются к цисгенным, а не к трансгенным решениям, то есть предпочитают, чтобы любые участки ДНК, введенные в геном белоногих оленьих мышей, происходили только от белоногих оленьих мышей, причем желательно от местных белоногих оленьих мышей.
Популяции этих грызунов на островах Мартас-Ванъярд и Нантакет относительно изолированы от других мышей. А раз так, то, возможно, для распространения по всем популяциям иммунитета к болезни Лайма будет достаточно и цисгенного подхода, особенно если генно-модифицированные мыши окажутся более приспособленными, чем обычные. Однако для распространения иммунитета среди материковых мышей понадобится либо больше особей, либо более частые вливания, либо и то, и другое – а также, возможно, еще и дополнительная поддержка в виде генного драйва (с неизбежностью трансгенного, поскольку он содержит CRISPR).
В этом-то и загвоздка. Как быть, если жители материка захотят выпустить трансгенных белоногих оленьих мышей с генными драйвами в геномах, а островитяне будут против? Казалось бы, нет ничего проще, чем не пустить генно-модифицированных мышей через пролив, однако у человечества за много тысяч лет накопилась масса исторических примеров непреднамеренного развоза грызунов по всему миру. Собственно, именно из-за этого и возникли современные проблемы с инвазионными грызунами, которые можно решить при помощи генных драйвов. Если мышь с генным драйвом сумеет перебраться с материка на остров Мартас-Ванъярд, у нее не будет никаких препятствий к тому, чтобы спариваться с местными мышами, и резонно предположить, что ген иммунитета и соответствующий трансген CRISPR распространится и по островной популяции.
Вышеописанный сценарий плох уже тем, что не учитывает желания населения, однако некоторые защитники природы опасаются, что у генных драйвов будут и другие катастрофические последствия. На первых этапах обсуждения того, как к 2050 году избавиться от хищников в Аотеароа – Новой Зеландии, родилась идея применить генный драйв для ликвидации инвазионных видов, лишив их возможности размножаться. Однако в конце концов общественность решила, что не хочет применять генные драйвы. В частности, высказывалось вот какое опасение: а что будет, если животное с генным драйвом случайно окажется за пределами архипелага? Например, лисий кузу, аборигенный вид Австралии, стал в Аотеароа – Новой Зеландии одним из главных сельскохозяйственных вредителей и угрозой местной экосистеме и значится в списке инвазионных видов, которые хотелось бы устранить. Если ученые создадут лисьего кузу с генным драйвом бесплодия, они сумеют истребить их в этом ареале, что принесет огромную пользу местной фауне Аотеароа. Но стоит всего лишь одному такому животному попасть в Австралию, как драйв бесплодия начнет действовать и там, отчего аборигенный вид окажется на пути к вымиранию.
Я понимаю, что эти опасения имеют под собой основания, но уверена, что проблему случайного побега можно решить, наладив систему мониторинга. Если эта система обнаружит, что генный драйв бесплодия попал в Австралию, нужно будет выпустить в естественную среду генно-инженерных лисьих кузу с аллелями сопротивляемости этому генному драйву. Поскольку такие особи будут более приспособленными (способными размножаться), они справятся с беглым генным драйвом быстро и эффективно. Но чтобы хорошенько продумать проверку на безопасность, австралийские ученые должны будут заранее разработать методы мониторинга и создать хороший «противодрайв» – на всякий случай. Это вполне осуществимо, однако приведенный пример показывает, насколько необходимо, чтобы рабочие группы, проектирующие системы генных драйвов, заблаговременно и открыто обсуждали свои идеи со всеми, кого это может коснуться.
Поскольку мы движемся в сторону общества, где применяются технологии генных драйвов, нам придется учитывать, что соседствующие друг с другом сообщества и государства будут нередко принимать разные решения по поводу того, стоит ли выпускать в дикую природу генно-инженерные организмы. Придется учитывать, что отдельные виды будет трудно удержать в границах областей и государств, особенно если там нет физических препятствий. Учитывать, что мы можем ошибиться и плохо оценить экологические последствия – или даже попросту передумать. Кроме того, нам следует признать, что возможны ситуации, когда инвазионные популяции достаточно изолированы, и тогда быстродействующий генный драйв и правда служит самым действенным и экономным методом уничтожения этой популяции. Таким требованиям соответствуют, скажем, изолированные острова с надежными программами мониторинга. Однако в других ситуациях нельзя исключать перспективу контакта между популяциями. И тогда нам придется создавать свои генные драйвы так, чтобы была возможность их отключить.
Каким может быть подобный «выключатель» для генного драйва? На сегодня этот вопрос остается открытым, однако ответы на него ищут многие ученые. В 2017 году Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) объявило, что инвестирует 56 миллионов долларов в программу Safe Genes, цель которой – разработка методов выявления, контроля и отключения генных драйвов. У Кевина Эсвельта, одним из первых получившего финансирование по этому проекту, уже есть парочка идей. Один из вариантов – расщепить систему генного драйва на несколько драйвов, распределенных по геному. Эти драйвы будут функционировать как своего рода последовательная гирляндная цепь, где первый элемент цепи содержит инструкции по запуску второго, второй – третьего и так далее. Для экспрессии генно-инженерного признака необходим только последний элемент цепочки, а остальные элементы просто повышают вероятность экспрессии этого признака до уровня выше случайного. Но главное – первый элемент в цепочке не должен быть драйвом, то есть он, подобно гену tTAV у комаров второго поколения Oxitec, способен к самоограничению. Поскольку с этим базовым самоограничивающимся элементом родится только половина потомства, он постепенно будет утрачен в популяции, что исключит запуск следующего элемента. Постепенно в популяции утратятся все элементы драйва, и все станет так, как было до введения драйва. Ученые смогут контролировать, сколько просуществует в популяции генно-инженерная черта, добавляя звенья к гирляндной цепи или меняя количество генно-модифицированных особей, которых выпускают в естественную среду.
Гирляндные цепи – всего один из множества возможных вариантов ограничения генных драйвов либо в пространстве, либо во времени. По мере расширения этой области будут появляться все новые идеи, тем более что и ученые, и чиновники, и заинтересованные граждане в один голос призывают к осторожности.
На настоящий момент генные драйвы разработаны лишь для нескольких видов, но эта область стремительно расширяется. В 2018 году биолог Ким Купер, специалист по онтогенетике из Калифорнийского университета в Сан-Диего, опубликовала первые данные о том, что генный драйв может действовать и у млекопитающих. Она ввела в геном мыши дополнительный ген, активирующий CRISPR (тоже встроенный в геном мыши) в процессе развития эмбриона в нужный момент, чтобы модифицированный геном редактировал сам себя, что и дало генный драйв. В этом случае Купер добивалась, чтобы у мыши была чисто-белая шерстка. Результаты оказались неидеальны: драйв работал только у самок, и белый окрас был не у 100 % потомства, а лишь у 73 %. Однако успех Ким Купер и ее коллег показывает, что в будущем мы сможем делать инструментами сохранения биоразнообразия значительно более широкий ассортимент живых организмов.
Можно делать генные драйвы и для растений – например, чтобы распространять гены, уничтожающие возникшую в ходе эволюции сопротивляемость гербицидам, либо делать популяцию устойчивой к инвазионным вредителям, либо помогать той или иной культуре лучше выживать при изменениях климата. Кевин Эсвельт обязательно напомнил бы, что либо во всех этих драйвах должен быть встроенный механизм, ограничивающий время их действия, либо нужно наладить и испытать методы уничтожения драйва на случай, если он выйдет за границы заданной территории или у него окажутся какие-то неожиданные последствия. Подобный контроль делает генные драйвы не глобальным, а скорее локальным инструментом сельского хозяйства и охраны природы. А значит, мы сможем сосредоточиться на том, чтобы добиваться предвиденных последствий.