Алена Ступникова

Отрывки из личного дневника С.М.

3 августа, 2016 год.

Это будет грандиозный проект. Соревнование с самой природой. Методы генной инженерии и молекулярной биологии против естественного отбора. Сила человеческого интеллекта против эволюционной машины.

Быть может, это слишком смело – бросать вызов могущественной всеобъемлющей системе, которая на протяжении миллионов лет отбирала самых жизнестойких, оттачивала и умножала их сильные стороны, то есть пытаться тягаться с самой эволюцией. Но если все же нам удастся предвидеть пути возможных изменений вируса, найти его уязвимые стороны, то сможем внести огромный вклад в борьбу с такими быстроменяющимися вирусами как ВИЧ или вирус гриппа, а может быть даже создать вакцину от этих смертельно опасных заболеваний.

Мы используем систему CRISPR/Cas-9, чтобы противостоять вирусу. Возьмем часть генома паразита, встроим в геном хозяина, а по ней в организме хозяина синтезируется РНК, комплементарная геному вируса. Эта РНК, собственно, и будет играть роль вакцины. Вирусный геном разрезается специфическими ферментами в месте присоединения РНК, убивая, таким образом, сам вирус.

Этот иммунный механизм очень эффективен. Но лишь до тех пор, пока вирус не изменится в данной части генома. И тогда организм хозяина вынужден будет заимствовать новые части генома, чтобы восстановить иммунитет. Вирус снова изменится, и так далее. Этакая гонка вооружений. Кто отстанет, тот проиграет и погибнет. Конечно, были вирусы, не выдержавшие этой гонки вооружений. Но мы о них ничего не знаем, и, как говорится, среди предков нынешних вирусов их не было.

13 августа, 2016 год.

Недавно размышлял о том, можно ли сравнить активно развивающиеся в наше время методы генетической инженерии и искусственный отбор, которым люди начали пользоваться с незапамятных времен? В обоих случаях человек преследует одну цель – получить полезный для него организм, по тем или иным параметрам.

Элементами бессознательного искусственного отбора пользовались еще первобытные люди, отбирая и размножая лишь самых ценных особей. Сажали семена от деревьев в самыми сладкими плодами, оставляли на племя коров с наибольшим удоем, и так далее. Несмотря на то, что отбор этот велся без определенного плана, люди такими методами добились немалых успехов в повышении продуктивности животных и растений, и даже выведении сельскохозяйственных культур и пород животных. Позже появилась и другая форма искусственного отбора – методический (сознательный) отбор. От бессознательного отбора она отличалась наличием четко поставленной цели, например, вывести самую быструю породу гончих собак, получить сорт роз с непременно алым цветом лепестков итд. Часто при постановке подобной цели руководствовались не только функциональностью породы/сорта, но и эстетической составляющей.

Сейчас нам доступны методы гораздо более тонкие, чем те, которыми пользовались раньше. Благодаря расшифровке генома некоторых сельскохозяйственно важных растений и животных, мы знаем, какие гены отвечают за ценные для нас признаки. Мы можем воздействовать непосредственно на геном организма, корректировать его так, как нам нужно методами генетической инженерии. Например, использовать плазмиду или вирус для передачи генетического материала другой клетке и встройки ее в нужное место в геноме. Такая технология позволяет получить продукт с заданными свойствами, улучшить желаемые качества.

Использование вирусных частиц в качестве вектора позволяет проникать во многие клетки сразу и целенаправленно встраивать в них наследственную информацию. Этот метод можно будет использовать, например, для лечения наследственных заболеваний и даже некоторых видов рака.

В природе же действует естественный отбор, механизм, сохраняющий признаки, полезные для самих организмов, и этим он качественно отличается от искусственного отбора, в котором культивируются признаки, полезные для человека.

Действие естественного отбора особенно заметно среди групп с высокой численностью особей на ограниченной территории. Высокую конкуренцию за ресурсы могут выдержать лишь самые приспособленные, то есть самые сильные, живучие, плодовитые, итд (признаки, способствующие выживанию, могут варьировать в зависимости от типа животного и условий его обитания), а те, кто оказался менее приспособленным, погибает. Помимо общей численности, важную роль играет частота проявления наследственной изменчивости, интенсивность размножения и скорость смены поколений – то есть те факторы, которые определяют, как часто будут возникать изменения в геноме и какова будет вероятность, что хоть кто-либо в группе получит «удачную» мутацию, сможет выжить и дать потомство.

Таким образом, благоприятные вариации сохраняются, вредные – уничтожаются. Выживают наиболее приспособленные к данным условиям обитания, так работает естественный отбор. Конечно, есть и нейтральные по отношению к жизни организма генетические изменения, которые просто возникают на каком-то этапе развития вида и в дальнейшем могут сохраняться или исчезать, не внося существенных изменений в жизнеспособность особи. То есть фактически, такие безвредные или бесполезные мутации не подвергаются действию естественного отбора.

*******************************************************************************************************

Л. считает, что я слишком много работаю, и мне нужно хоть иногда отдыхать. Все-таки приятно, когда есть человек, который о тебе беспокоится.

15 августа, 2016 год.

Интересно все же, как среди вирусов возникли настолько отличающиеся друг от друга формы. Существует несколько классов вирусов, среди которых есть РНК, ДНК-вирусы, дву/одноцепочечные, содержащие +/- РНК, различающиеся по механизму репликации, итд.

В общем смысле, возникновению новых форм/разновидностей (а в дельнейшем, возможно, и видов) способствует репродуктивная изоляция. На ранних этапах она обусловлена пространственной изоляцией, различиями в поведении отдельных популяций, на поздних – физической несовместимостью особей, гибелью гамет из-за ошибок в расхождении хромосом в мейозе, нежизнеспособностью гибридов или их стерильностью. Помимо репродуктивной изоляции, видообразованию способствуют большая интенсивность размножения, широкое распространение особей (а значит, проживание отдельных групп в различающихся условиях, и, как следствие, необходимость в приобретении специфических приспособлений для данной территории), частота возникновения мутаций в геноме. В этом случае, от одной предковой формы может путем дивергенции возникнуть несколько других. Некоторые из новых форм могут оказаться неприспособленными к условиям жизни или не выдержат конкуренции с уже существующими на данной территории видами, а значит, в скором элиминируют. Некоторые формы окажутся достаточно приспособленными, чтобы выжить и, после длительного накопления полезных изменений, обособиться в отдельный вид. Новые формы могут возникать и путем гибридизации двух предковых форм.

**************************************************************************************************

Сегодня я снова вернулся поздно, Л. уже легла спать. Надеюсь, она не будет долго дуться за то, что я опять опоздал к ужину. Надо будет в выходные сводить ее на «Юнону и Авось», помнится, она давно уже просила меня об этом.

19 августа, 2016 год.

Чем дальше заходит борьба между средствами иммунной защиты и вирусами, тем изощреннее становятся механизмы, которые вырабатывают вирусы для противостояния иммунитету. И тем разнообразнее становятся сами вирусы, появляются новые разновидности вирусных штаммов, более сильные и совершенные.

Цель вируса - выжить и размножиться. Здесь, собственно, все так же, как и у любых других живых существ. Каждый реализует это по-своему: для живых существ, обитающих в стабильных условиях, характерна К-стратегия (относительно низкая конкуренция внутри популяции, большая продолжительность жизни, медленное развитие и позднее начало размножения, небольшое количество потомков, медленное расселение, низкая смертность). Для тех, кто обитает в часто меняющихся или непредсказуемых условиях, свойственна r-стратегия (короткая жизнь, много потомков, быстрое развитие и раннее размножение, быстрое и широкое расселение, численность популяции нестабильна).

Вирус стремится размножиться максимально быстро и эффективно. И именно эти "навыки" он развивает и совершенствует в процессе эволюции. Хотя даже у вирусов есть некоторые разновидности в стратегии: кто-то ограничивает интенсивность своего размножения, чтобы не убивать хозяина, а значит, продолжать жить самому. Другие виды вирусов используют хозяйский ресурс, чтобы максимально быстро увеличить свою популяцию, а затем, после смерти хозяина, перейти к другому.

Некоторые вирусы могут сочетать обе эти стратегии, и это наиболее выгодный путь эволюции. Пока хозяину ничего не угрожает, вирус встраивается в геном хозяина и таким образом существует. Если же жизненная функция хозяина по какой-либо причине начинает угасать, вирус активизируется и начинает усиленно размножаться, стараясь максимально увеличить свою численность и затем переселиться в новых хозяев.

*******************************************************************************************************

Сегодня ночью сломалась морозильная камера с высокоинфекционной культурой. Всю ночь пришлось разбираться с последствиями аварии: пока нашли, куда временно разместить пробирки, пока дождались прихода мастера… Оказалось, что сломался терморегулятор, ждать привоза детали на замену придется недели две. Коллеги из другой лаборатории попросили помочь им с разморозившимися штаммами, нужно проверить, нет ли утечки инфекции. Что ж, видимо придется отказаться от планов на выходные.

##############################################################################

19 февраля, 2016 год.

Прошло уже полгода с тех пор, как мы начали работать над проектом N*****, но результаты отставляют желать лучшего. Вирус способен быстро мутировать, видоизменяться, что очень затрудняет применение системы CRISPR.

Мы попытались изменить геном иммунных клеток, внедрив в них систему CRISPR/Cas-9, чтобы «молекулярные ножницы» (фермент Cas-9) смог найти и уничтожить вирусный геном.

Однако уже спустя две недели иммунные клетки начали производить вирусные единицы, не уничтожающиеся ферментом. Мы просеквенировали геном вируса и выяснили, что рядом с фрагментом, на который была нацелена система CRISPR, возникла мутация. Это не стало чем то удивительным, ведь вирус ВИЧ известен свой способностью быстро мутировать и изменяться, и, как следствие, легко выходить из под действия противовирусных препаратов и собственных мер защиты организма. Такая мутабильность обусловлена частыми ошибками при репликации ДНК вируса. Эти мутации чаще всего делают вирус нежизнеспособным, но иногда происходят изменения в геноме, которые оказываются полезными для вируса и позволяют ему эффективно противостоять лекарствам и иммунитету. Малое количество таких «удачных исходов» компенсируется высокой скоростью размножения вируса.

Итак, этот способ проявил себя не лучшим образом. Нужно попробовать пойти другим путем. Можно попытаться деактивировать ключевые фрагменты в вирусном геноме, например, блокировать репликацию.

Возможно ли предсказать эволюцию вирусов, чтобы опередить их? Пока всех наших технологий хватает только на то, чтобы не проиграть эту битву окончательно. "Нужно бежать со всех ног, чтобы просто оставаться на месте". Правило Красной Королевы, кажется.

**************************************************************************************************************

С тех пор, как я начал работать над проектом, свободного времени совсем не осталось. Каждое утро я ухожу на работу, возвращаюсь поздно вечером. Л. не довольна, мы мало времени проводим вместе. Но я чувствую, что решение проблемы почти у меня в руках, еще чуть-чуть, и я найду его. Это временные сложности, стоит лишь немного подождать. Мы стоим на пороге великого открытия, успех в разработке вакцины от ВИЧ откроет новую главу в научном мире и в жизни всего человечества!

1 марта, 2016 год.

А так ли однозначен вред от вирусов? Ведь, по-сути, эволюционируя сами, вирусы подталкивают нашу собственную эволюцию. Существует даже предположение, что многоклеточные организмы возникли для того, чтобы эффективно защищаться от инфицирования вирусами. Клеточным колониям было выгодно, чтобы отдельные клетки взяли на себя роль «защитников», принимая удар вирусных частиц, а затем погибая путем апоптоза, и там самым спасая остальную колонию. Помимо этого, уже у многоклеточных организмов развитие и усложнение иммунной системы происходило совместно с эволюцией вирусов, с которыми иммунитет был вынужден бороться. Более того, наш собственный геном на 2/3 состоит из «генетического мусора» - мобильных генетических элементов, которыми могли быть древние вирусные встройки. В общем, вклад вирусов в эволюцию других живых организмов, не подлежит сомнению.

*********************************************************************************************************

Л. сказала, что я эгоист, что я совсем не уделяю ей внимания, все время провожу на своей драгоценной работе, возвращаюсь за полночь и сразу ложусь спать, даже не поговорив с ней толком. Что она устала от такой жизни, устала от моего равнодушия. Я считал, что она понимает всю важность моего дела. Насколько это важно для всех, как многое может измениться, если испытания новой вакцины окажутся удачными! Ведь это сулит полное излечение от ВИЧ, победу над смертельно опасным вирусом. Так много людей, больных СПИДом надеются и ждут, что однажды смогут полностью исцелиться. Раньше она разделяла мои идеи, так что произошло? Что изменилось между нами?

29 марта, 2016 год.

Записку я заметил только утром, как и то, что этой ночью я спал один. Я был такой уставший вечером, что сразу завалился спать, как и всегда. Глупец. Моя Л. ушла, оставив лишь бумажку на столе с парой фраз. «Наши пути разошлись…я полюбила другого». Кто он, этот другой?! Небось, какой-нибудь менеджер среднего звена, который каждый вечер после работы идет домой просиживать диван, а на выходных ходит в бар с друзьями. Чем он так привлек ее? Чем он лучше меня? Подарил ей пару букетиков роз и сводил в театр?

Пока я рассуждал о естественном отборе, выживании, размножении наиболее приспособленных, я и не заметил, что сам являюсь шестеренкой в эволюционной машине. Какая ирония. Единственное, о чем я не говорил по отношению к вирусам – половом отборе, коснулось меня самого. Самки выбирают самцов, которые им нравятся. С наиболее удачными генами, если говорить об их «логике выбора». Выбирают сильных, способных выиграть турнир за сердце дамы. Выбирают ярких, сумевших выжить, вопреки заметности для хищника. Выбирают галантных, тех, что споют самую красивую трель или наилучшим образом исполнят брачный танец. Выбирают, наконец, заботливых, таких, которые умеют сплести наиболее уютное гнездышко и помогают в заботе о потомстве. Так в чем я прогадал? Во всем по-немногу, наверное. А может, действительно дело лишь в том, что я проводил с ней слишком мало времени.

30 марта, 2016 год.

Среди живых существ весьма распространено явление альтруизма. Отдельные особи в группе жертвуют своей жизнью или репродуктивным потенциалом, повышая за счет этого шансы своих сородичей на выживание. Альтруистическое поведение может быть по отношению к родственным особям (мать защищает свое дитя, отвлекая от него хищника) или к неродственным (забота о чужих детенышах, помощь голодающим членам группы, итд). Альтруизм характерен для общественных насекомых (обеспечивается генетическим механизмом, основанном на доле сходства в геноме), млекопитающих, птиц, бактерий (апоптоз пораженных клеток).

*********************************************************************************************************

Что я имею на данный момент? Моя жена ушла и унесла с собой наши планы о детях. А я, одержимый идеей перехитрить силы природы, не заметил, как сам оказался на обочине эволюции. Я хотел помочь больным, спасти умирающих, сделать жизнь людей лучше и безопаснее.

Не тем ли самым альтруистом я оказался?

.

Список литературы:

• 1. «Происхождение видов» (глава 4) Ч. Дарвин 1859г.

  2. Casey W. Dunn and Joseph F. Ryan. The evolution of animal genomes

  3. Сong L., Ran F.A., Cox D. et al. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems

  4. Власов В. В. и др. Комплементарные здоровью. Прошлое, настоящее и будущее антисмысловых технологий

  5. Wu, Y., Liang, D., Wang, Y., Bai, M. et al. Correction of a genetic disease in mouse via use of CRISPR-Cas9