ЧЕЛОВЕК
№5, 1998
© А.С. Спирин

Современная биология и биологическая безопасность

А.С. Спирин


Современная биология - область стремительных и фантастических преобразований. А биотехнологии, по-видимому, уже в ближайшие десятилетия займут лидирующее положение и, возможно, определят лицо цивилизации XXI века. Между тем, эти достижения могут быть использованы не только во благо, но и во зло человеку, и зло такого масштаба, перед которым меркнут даже ужасы термоядерной войны. 

В апреле 1998 года на заседании Бюро отделения философии, социологии и права Российской Академии наук директор Института белка РАН академик А.С. СПИРИН сделал доклад на тему "Современная биология и биологическая безопасность". Во вступительном слове академика Б.Н. Топорнина, а затем при обсуждении доклада отмечалось, что революционные успехи современной фундаментальной науки и основанных на ней технологий имеют далеко идущие социальные, экономические, правовые, этические и даже политические последствия. Причем в значительной степени от общественности, от ее своевременной, точной и адекватной реакции зависит, с каким знаком - плюс или минус - будут эти последствия.

Речь в моем докладе пойдет о современной биологии, о том, что принципиально нового она принесла в мир, и чем это новое нам грозит. Я буду говорить также о биологической безопасности, которая стала проблемой, в сущности, совсем недавно - лишь в последнее десятилетие. Поразительно, что к рубежу тысячелетия человечество приходит с необыкновенным, в каком-то смысле беспрецедентным запасом знаний, и это - знания о нас самих, о жизни.

Новый этап развития биологии начался всего полстолетия назад, когда была расшифрована молекулярная структура генетического материала, всем теперь известной ДНК, на химическом языке - дезоксирибонуклеиновой кислоты. Сама ДНК, как вещество, была выделена в конце прошлого века, но тогда никто не догадывался, что это и есть гены. В начале нынешнего века гены были открыты независимым путем, но их химическая природа по-прежнему оставалась неизвестной.

И лишь в начале 50-х годов стало ясно, что открытая Мишером ДНК и гены, существование которых первым продемонстрировал Мендель, а затем доказал Морган и другие великие ученые, - это одно и то же. Была расшифрована их структура - знаменитая двойная спираль Уотсона и Крика, названная так потому, что на молекулярном уровне ДНК - это две скрученные в спираль вокруг общей оси цепочки из соединенных друг с другом в определенной последовательности четырех различных элементов - так называемых нуклеотидов. Линейная последовательность нуклеотидов, первичная структура ДНК, строго индивидуальная и специфичная для каждого достаточно длинного отрезка ДНК, и есть кодовая запись биологической (генетической) информации. Одну из двух цепочек нуклеотидов называют "смысловой", другую, комплементарную (спаренную с ней по всей длине) - "антисмысловой". Принцип комплементарности лежит в основе наследственности. Когда цепочки ДНК расходятся, то каждая из них достраивает подобную себе комплементарную цепочку, и в результате образуются две одинаковые двойные спирали. Это и есть, по сути, принцип воспроизведения себе подобного, принцип наследственности. Именно он, и только он и работает в живой природе, во всем мироздании. Заметим, что ДНК - единственное вещество, способное к самовоспроизведению своей структуры.

Ученые научились расшифровывать не только структуру ДНК в целом, но и первичную последовательность нуклеотидов. Однако долгое время никто не предполагал, хотя деньги были потрачены большие, что это приведет к каким-то практическим следствиям. В течение трех десятилетий это была лишь глубоко фундаментальная наука.

ДНК, хранящаяся и работающая в клеточном ядре, воспроизводит не только саму себя. В нужный момент определенные участки ДНК - гены - воспроизводят свои копии в виде химически подобного полимера - РНК, рибонуклеиновой кислоты, которые в свою очередь служат матрицами для производства множества необходимых организму белков. Именно белки определяют все признаки живых организмов. Вот, собственно говоря, основная цепь событий на молекулярном уровне:

ДНК -> РНК -> белок

В этой строчке заключена так называемая центральная догма молекулярной биологии.

В тех же 50-х годах выяснилось еще одно обстоятельство: кроме генов в клетках живых организмов, в природе существуют также независимые гены. Они называются вирусами, если могут вызвать инфекцию. Оказалось, что вирус - это не что иное, как упакованный в белковую оболочку генетический материал. Оболочка - чисто механическое приспособление, как бы шприц, для того, чтобы упаковать, а затем впрыснуть гены, и только гены, в клетку-хозяина и отвалиться. Затем вирусные гены в клетке начинают репродуцировать на себе свои РНК и свои белки. Все это переполняет клетку, она лопается, гибнет, а вирус в тысячах копий освобождается и заражает другие клетки.

Болезнь, а иногда даже смерть вызывают чужеродные, вирусные белки. Если вирус "хороший", человек не умирает, но может болеть всю жизнь. Классический пример - герпес, вирус которого присутствует в организме 90% людей. Это самый приспособленный вирус, обычно заражающий человека в детском возрасте и живущий в нем постоянно.

Таким образом, вирусы - это, в сущности, изобретенное эволюцией биологическое оружие: шприц, наполненный генетическим материалом.

Теперь начал действовать человек. Впервые перенос чужеродных генов от одного организма к другому осуществили три английских ученых: О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти еще во время войны, в 1944 году. Они сделали любопытнейший опыт: взяли вирулентный (заразный) штамм пневмококка, выделили из него ДНК, тщательно ее очистили и смешали с живыми клетками невирулентного штамма другого типа. И оказалось, что часть потомства этих клеток обладает признаками вирулентного пневмококка. Это было первое экспериментальное доказательство того, что ДНК и есть гены и на самом деле первый случай получения трансгенного, как сейчас говорят, организма, который несет один или несколько генов другого организма.

В последние годы научились делать подобные вещи и с животными. Например, раковая опухоль - это на самом деле мутация гена, и ее (мутацию) можно перенести в другой организм. В одном из опытов из опухоли человека выделяли чистую ДНК и брали живые клетки из здоровой мыши. Клетки обрабатывали ДНК и возвращали обратно. Через некоторое время у мыши появлялась человеческая опухоль со всеми характерными признаками. Это один из ранних примеров переноса чужеродного гена в организм животного.

В настоящее время генетические манипуляции с половыми клетками и зародышами человека юридически и этически запрещены, хотя, по-моему, строгих правовых норм пока нет. Но операции с генами неполовых клеток разрешены почти везде. Это так называемая генная терапия, о ней речь будет дальше.

Теперь пример уже из современной биотехнологии, пример операции с зародышевыми клетками высших животных ради благородных целей. Человечество испытывает трудности с интерфероном - важным белком, обладающим противораковой и противовирусной активностью. Интерферон вырабатывается животным организмом, в том числе и человеческим. Чужой, не человеческий, интерферон для лечения людей брать нельзя, он отторгается организмом или малоэффективен. Человек же вырабатывает слишком мало интерферона для его выделения с фармакологическими целями. Поэтому было сделано следующее. Ген человеческого интерферона был введен в бактерию, которая затем размножалась и в больших количествах нарабатывала человеческий интерферон в соответствии с сидящим в ней человеческим геном. Сейчас эта, уже стандартная техника применяется во всем мире. Точно так же, и уже довольно давно, производится генноинженерный инсулин.

С бактериями, однако, возникает много сложностей при очистке нужного белка от бактериальных примесей. Поэтому начинают от них отказываться, разрабатывая методы введения нужных генов в высшие организмы. Это труднее, но дает колоссальные преимущества. Сейчас, в частности, уже широко распространено молочное производство нужных белков с использованием свиней и коз. Принцип здесь, очень коротко и упрощенно, таков. Из животного извлекают яйцеклетки и вставляют в их генетический аппарат, под контроль генов белков молока животного, чужеродные гены, определяющие выработку нужных белков: интерферона, или необходимых человеку антител, или специальных пищевых белков. Потом яйцеклетки оплодотворяют и возвращают в организм. Часть потомства начинает давать молоко, содержащее необходимый белок, а из молока выделить его уже достаточно просто. Получается значительно дешевле, безопаснее и чище.

Таким же путем были выведены коровы, дающие "женское" молоко (коровье молоко с необходимыми человеческими белками), пригодное для искусственного вскармливания человеческих младенцев. А это сейчас довольно серьезная проблема.

В целом можно сказать, что в практическом плане человечество достигло довольно опасного рубежа. Мы научились воздействовать на генетический аппарат, в том числе и высших организмов. Научились направленному, избирательному генному воздействию, продуцированию так называемых трансгенных организмов - организмов, несущих любые чужеродные гены. ДНК - это вещество, с которым мы можем манипулировать. В последние два-три десятилетия возникли методы, с помощью которых можно разрезать ДНК в нужных местах и склеивать с любым другим кусочком ДНК. Более того, мы можем вырезать и вставлять не только определенные готовые гены, но и рекомбинанты - комбинации разных, в том числе и искусственно созданных генов. Это направление получило название генной инженерии. Человек стал генным инженером. В его руках, в руках не столь уже совершенного в интеллектуальном отношении существа, появились безграничные, гигантские возможности - как у Господа Бога.

На основе генной инженерии родились два больших практических направления. Одно - современная биотехнология. В мире сейчас колоссальное количество фирм, занимающихся бизнесом в этой области. Они делают все: от лекарств, антител, гормонов, пищевых белков до технических вещей - сверхчувствительных датчиков (биосенсоров), компьютерных микросхем, хитиновых диффузоров для хороших акустических систем. Генноинженерная продукция завоевывает мир, она безопасна в экологическом отношении и, по-видимому, в следующем тысячелетии, если человечество выживет и выдюжит, основными технологическими приемами будут биотехнологические.

У нас же, наряду с общим отставанием в постиндустриальных технологиях, - отставание, а точнее безмерный провал, в биотехнологии. С ним мы входим в следующее тысячелетие. И это страшно, потому что без биотехнологий нация в современном мире на самом деле обречена на вытеснение и вымирание. В передовых странах мира - в Европе и США - биология занимает в бюджете расходов на науку третью часть всей статьи, у нас же - меньше 8%, да еще на фоне общей нищеты нашей науки и дальнейшего сокращения ее поддержки.

Второе направление связано с непосредственным вмешательством в человека. 1992 год - год рождения генной терапии. В США впервые была произведена геннотерапевтическая операция на человеке. С 16 лет канадская девушка стала страдать инфарктами. У нее оказалось наследственное заболевание: отсутствие специального рецептора - особого белка в печени, который связывает так называемые липопротеиды низкой плотности, вещества, в основном ответственные за сужение сосудов и образование тромбов и непроходимости сосудов. Девушку лечили обычным способом, но ничего не помогало, и врачи решились на генную операцию. Поскольку этот белок продуцируется печенью, то ей отрезали часть печени, с помощью специальных приемов ввели в клетки печени нормальный ген, и клетки вживили обратно в печень. Часть клеток прижилась, и вырос кусочек печени, который вырабатывал белок, связывающий липопротеиды низкой плотности. В результате больная избавилась от инфарктов. Это, пожалуй, - первый успешный пример излечения человека с помощью чисто человеческого гена.

Генная терапия развивается, хотя и встречает трудности этического и юридического характера. Но рынок, по крайней мере в Америке, растет, и предполагается, что в ближайшие годы существенная часть сердечно-сосудистых, раковых и наследственных заболеваний будет излечиваться таким способом.

В США, например, существует проект безоперационного лечения инфарктов, причина которых - сужение сосудов. Специальный баллончик с геном, который определяет выработку белка - фактора роста сосудов, вводится в место сужения сосуда. Ген проникает в окружающие клетки, и те, которые "схватили" ген, дают начало росту обводных сосудов в этом месте, и человек выздоравливает.

Теперь я коротко перечислю основные проблемы, разработкой которых занято сейчас научное сообщество передовых стран.
 

По прогнозам американцев доходы мирового рынка генотерапии к 2000 году достигнут 2,6 млрд долларов. Около 50% из них будет получено от генной терапии рака, около 30% - от лечения наследственных заболеваний и около 10% - от лечения вирусных инфекций, в том числе СПИДа.

Я уже говорил о применении биотехнологий в технике: диффузоры для акустических систем, биосенсоры на основе макромолекул и др. Разрабатывается идея о биологически возобновляемых источниках энергии. Одно из существенных преимуществ биотехнологии - экологическая чистота. Более того, с ее помощью возможно восстановление загрязненных территорий, так называемая биоремедиация.

Однако очень важно, и об этом надо постоянно помнить, - биотехнологические воздействия обоюдоострые. Их можно направить и во благо, и во зло. Многие благие начинания могут иметь непредсказуемые последствия - опять какие-нибудь "роковые яйца". Объектом неблагоприятных биологических, в том числе и генетических воздействий может стать сам человек, сельскохозяйственные животные и растения, окружающая среда. Поэтому каждая нация и государство должны заботиться о биологической безопасности.

Перечислю теперь основные аспекты проблемы биологической безопасности.

Биологическая безопасность должна стать одной из приоритетных задач человечества в целом и каждой цивилизованной страны в отдельности. А для ее обеспечения необходимо поддерживать высокий уровень биологии. И если эта область науки не будет развиваться (а мы ее сейчас не только не развиваем, но и сокращаем!), мы обречены на отставание, деградацию как нация и постепенное (а может быть, и скорое) вымирание. Надеюсь, у нашего народа, президента и правительства хватит разума, воли и культуры, чтобы переломить нынешнюю ситуацию и вывести российскую науку, включая биологию, из ее удручающе бедственного положения.

Я, кажется, достаточно напугал вас. Может быть, будут вопросы?

Вопрос: Не должны ли успехи современной биологии заставить нас еще и еще раз задуматься, а может быть, в чем-то и изменить наши представления о том, что такое человечество, что такое смысл жизни, нужно ли продление жизни?

Ответ: Думаю, да. Мы все воспитаны на христианской морали и греческом гуманизме: интересы индивида, его свобода и т.д. превыше всего. Мне кажется, что если следовать этой логике безоглядно и дальше, это может привести к вымиранию человечества как вида или нашей части цивилизации. Я не исключаю, что, скажем, за Китаем или за Японией - будущее, потому что у них мораль другая.

И вот надо ли продлевать жизнь? Это вопрос не простой, чрезвычайно серьезный, а человечество об этом не задумывается, отбрасывая его как аморальный.

Вопрос: Допустим, человечество в лице какого-нибудь собрания решит, что все плохо, давайте это прикроем. Но ведь это знание дано именно европейской культуре, не японской, не китайской. Поэтому, может быть, продолжение такого пути и есть единственный для нас выход? Может быть, спасение в самом плавании, а не в остановке? Ведь остановиться - значит проиграть.

Ответ: Это спорно. Вы исходите из принципа непрерывного прогресса. На самом деле все достигает своей вершины, а потом гибнет. Может быть, мы как раз находимся на стадии гибели. И ведь никто не сказал, что, допустим, индийская философия хуже. Я имею в виду углубление в себя, самосовершенствование, отказ от социальной активности. С точки зрения выживания человечества как вида, я не знаю, что лучше: продолжение, так сказать, безудержного прогресса, который утрачивает смысл, или что-то другое. Когда-то считалось, что все это - для блага человечества, а сейчас очевидно, что дальнейший прогресс не приносит человеку больше счастья.

Вопрос: Изучая последствия атомных взрывов в Хиросиме и Нагасаки, ученые, кажется, пришли к выводу, что гены половых клеток не пострадали или пострадали меньше, чем соматических. Так ли это?

Ответ: Не совсем. Ведь в чем отличие половых клеток от неполовых, соматических? Когда начинает развиваться новый организм, то уже на самых ранних стадиях развития обособляются те клетки, которые дадут начало половым. Они как бы уходят в специальный "фонд". Все же другие развиваются дальше. Иначе говоря, существует то, что Вейсман называл непрерывной зародышевой плазмой. Эти клетки просто как бы в большей безопасности, поскольку сосредоточены в определенном месте. Но когда происходит радиационное воздействие, оно, естественно, затрагивает более или менее равномерно все клетки. И вывод был таков: вероятность облучения половых клеток сравнительно меньше. Но изменения в этих клетках все равно были, и были мутации.

Но с другой стороны, на земном шаре есть районы с повышенной естественной радиацией, и люди живут там испокон веков, тысячелетиями, и ничего. И животные живут. Повышенный фон несколько увеличивает темп мутаций. Это и хорошо и плохо. Несколько повышен темп эволюции, несколько повышен процент выбраковки.

Надо иметь в виду, что большинство спонтанных мутаций приводит к летальному исходу. Идет естественная выбраковка. Плод умирает или просто не развивается. И, по-моему, до сих пор статистически еще никто достоверно не показал, что в зонах с повышенной радиацией как-то повысился процент уродов.

Вопрос: Не приходилось ли вам знакомиться с проектом закона о биоэтике, если - да, то каково ваше мнение?

Ответ: От законов у меня вообще тяжелое впечатление. Я часто просто не понимаю, что там написано, кажется, что смысла нет, лишь слова. Самый умный документ, который я читал, - это, пожалуй, польский "Этический кодекс ученого". Но его делала не Дума, а ученые, причем в несколько этапов. В нем есть смысл, хотя дискуссии продолжаются.

Вопрос: Возможно ли держать под контролем практическое применение биотехнологии и те возможности, которые открываются перед человечеством? Какие критические моменты, какие узловые точки особенно важны?

Ответ: Вопрос очень трудный. В рыночной экономике, которую мы сейчас проповедуем и которая царствует в Европе и в Америке, мне кажется, полноценный контроль невозможен. Если что-то приносит выгоду, то оно делается. Мы же сами освобождаем себя от такого контроля. По-моему, современные достижения биотехнологии и генной терапии, вообще говоря, плохо совместимы с рыночной экономикой и с рыночным подходом в том смысле, что неизбежно будут приводить к негативным последствиям. (выделено нами - V.V.)

Вопрос: На каком уровне находилась наша биологическая наука накануне известной сессии ВАСХНИЛ 1948 года и на каком уровне она сейчас? Как отражается наша всем надоевшая бедность не на технологии, которую надо внедрять, а на самом процессе научных разработок?

И еще вы натолкнули меня на такую мысль: не затем ли индийцы придумали переселение душ, чтобы человек не стремился продлевать свою жизнь?

Ответ: Очень хорошая мысль. Ведь человека достаточно "кормить" определенной сказкой. Мы это знаем по собственному опыту. И все будут счастливы.

Я отвечу на первый вопрос, потому что он очень важен. Наша биология, конечно же, пережила трагические времена. Я хочу напомнить, что до войны русская биология и генетика были на самом передовом уровне. Значительную часть генетики создали ученые в Советском Союзе. Американцы ездили к нам учиться. Это была действительно самая передовая наука, особенно в области генетики, с учеными мирового уровня.

Когда появляется крупная плеяда замечательных людей, всегда есть опасность активизации людей с комплексом неполноценности и всегда есть невежды. И вы знаете, что этими людьми при поддержке существовавшего репрессивного авторитарного режима был совершен переворот, произошло физическое истребление и уничтожение генетики в Советском Союзе (это так называемый лысенкоизм и все, что было с ним связано). Мы уничтожили авангардную роль нашей генетики, загнали нашу биологию резко вниз и потеряли первенство.

Некоторыми людьми, и в первую очередь А.Н. Белозерским (он был уникален в этом плане), несмотря ни на что, поддерживалась школа исследователей нуклеиновых кислот - по сути, исследователей генетического материала, из этой школы я и вырос. Когда произошла, будем говорить, научная революция, когда открыли генетическую роль и структуру ДНК, когда родилась молекулярная биология, мы хотя и потеряли очень много, но готовы были, благодаря этой школе, воспринять все эти открытия. Довольно существенный рывок в развитии современной биологии в нашей стране произошел во времена Брежнева, и, в частности, благодаря усилиям человека, который умел говорить на двух языках: на языке чиновников и высшего начальства (в том числе разговаривать с Брежневым на его языке) и на языке ученых (он был хорошим, крупным ученым) - Ю.А. Овчинникова. Он сумел показать и доказать начальству, что значит современная биология. Поэтому биологам молекулярного направления давали много денег, и мы поднялись очень сильно, мы почти подтянулись к мировому уровню.

Что произошло после известных событий перестройки и что происходит сейчас? Наука - одна из очень чувствительных сфер человеческой деятельности. Она требует опеки, а не заработка. Наука, конечно, пострадала, и мы сейчас на нулевом уровне (бедность - это не то слово). Мы утрачиваем то, что накопили в предшествующее время. Пока что-то можно было бы делать в науке. Но поскольку никто ничего не слышит и не делает для спасения науки и, стало быть, будущего нации, то, я думаю, через пару лет мы дойдем до уровня необратимой деградации, и все кончится. Вот это примерно то, что сейчас есть.

Вопрос: Можно ли с помощью генной инженерии влиять на социальное поведение человека, скажем, сделать его послушным?

Ответ: Пока не дошло до того, чтобы взять такой-то ген, и он однозначно повысил бы интеллект. Прямых связей и зависимостей пока не установлено. Этот вопрос очень слабо изучен, поскольку эксперименты на человеке запрещены, а это все - человеческие качества. Но на низших организмах это изучается. Известны гены, которые у простых животных дают большую способность к обучению. Но поведением человека сегодня можно управлять с помощью химии. И такие средства есть.

Вопрос: Собак с хорошим генотипом водят на случки. Может быть, дальнейшая эволюция человека будет идти путем ужесточения выбора партнера?

Ответ: А кто вас будет выводить на случку? Значит, нужен хозяин. Дайте правителям право случать вас. И никакой любви. Гены - те, гены - эти, я посмотрел, я - хозяин. Так?

Вопрос: Но, может быть, здесь нужна самоорганизация, не ждать приказа сверху, а каждый - сам?

Ответ: Вы же видите, какая самоорганизация в человеческом обществе! От войн избавиться не можем. Вся проблема в том, кто судьи?

Сейчас уже для плода можно определить: урод родится или нет. У рожденного младенца это делается элементарно. Но почему рожденных с дефектами не умерщвляют? Потому что главный вопрос: а кто будет решать, с каким дефектом уничтожать, с каким нет? И этот вопрос относится ко всему, чему угодно. Это и юридическая, и моральная проблема, которую перешагнуть нельзя.

То же самое с умирающим человеком - проблема эвтаназии. Казалось бы, все просто. Сколько людей просит избавить их от мучений? Ясно, что человек умрет через несколько дней, но врачи не имеют права. Почему? Здесь юридическая проблема - кто будет решать? И кого - да, а кого - нет? Сразу открывается место для произвола.

Уже нельзя не задумываться над этими проблемами, и здесь первое слово принадлежит людям, которые занимаются правом, философией, культурой. Ведь на самом деле здесь затрагивается проблема выживания человечества.

Вопрос: Как долго продержится запрет на экспериментирование с половыми клетками человека?

Ответ: Если он не продержится, то мы покатимся вниз очень быстро. Тогда можно будет действительно производить любые особи - выводить искусственное человечество. Осуществлять клонирование и получать людей, которых просто будут использовать для получения донорских органов - это все можно будет делать. Надеюсь, что тут разум и чувство самосохранения возьмут верх, и клонирование будет запрещено, как и убийство. Хотя с убийством ведь тоже проблема: оно юридически запрещено, но войны идут. Оно запрещено в определенных пределах, довольно ограниченных. А убийство врага на войне даже считается геройством.

Большое спасибо за внимание.




Октябрь 1998