На окраине Пекина стоит похожая на крепость мегаферма. Здесь кормятся и дремлют десятки розово-чёрных свиней, которым не страшен холодный весенний ветер. Учёный Цзянго Чжао внедрил в их ДНК ген, улучшающий теплообмен, — он защищает свиней от холодных зим, которыми славится север Китая.
«Вкусные» гены
Создать суперсвиней с помощью генной инженерии пытаются в Китае и конкурирующих лабораториях по всему миру. Долгие годы учёные добивались того, чтобы свиньи росли быстрее, а их мясо было вкуснее. После вспышки африканской чумы свиней перед исследователями встали другие задачи: обеспечить продовольственную безопасность и сохранить жизни животных. «Самый животрепещущий вопрос для учёных — как сделать так, чтобы свиньи были здоровыми», — говорит Цзянго Чжао, исследователь геномики свиней в Государственном институте зоологии Китайской академии наук в Пекине.
двойной клик - редактировать изображение
Но амбиции Китая простираются далеко за пределы сельского хозяйства. Десятки лабораторий по всей стране расширяют границы медицины, пытаясь отредактировать геном человека и исправить мутации, из-за которых люди предрасположены к болезням, инфекциям и ВИЧ.
Гонка за свинкой
Биотехнологическая гонка вооружений происходит на фоне торговой войны с США и быстрого старения населения. Кроме того, ресурсы стремительно сокращаются, а прокормить нужно 1,4 млрд жителей Китая. Из-за резкого скачка цен на свинину Госсовет Китая призвал увеличить производство мяса, пользующегося большой популярностью в стране. Китай щедро инвестирует деньги в научные исследования и разработки. Благодаря этому меньше чем за 20 лет страна прошла путь от относительного новичка до тяжеловеса в биомедицине. Теперь Китай опережает большинство стран (кроме США) по исследованиям и разработкам — $445 млрд в 2017 году.
двойной клик - редактировать изображение
4000 трансгенных свиней
Китайские компании активно поглощают зарубежные биотехнологические и фармацевтические компании — Bloomberg оценил заключённые с начала 2014 года сделки в $25,4 млрд. Но исследователи из США и Европы превосходят Китай по одному критически важному параметру: они умеют защищать свиней от главных болезней-убийц. Чтобы перенять зарубежный опыт, Китай отправляет самых одарённых учёных за границу, а по возвращении домой обеспечивает всеми необходимыми ресурсами. Один из таких промышленных ресурсов — мегаферма с трансгенными свиньями, которую защищают три уровня контрольно-пропускных пунктов. Она вмещает до 4000 свиней.
Биотехнологии против конфиденциальности
Ежегодно Китай закупает американские биопрепараты и сельскохозяйственные биотехнологии примерно на $228 млрд, но рост китайских инвестиций вызывает беспокойство в Вашингтоне. В июле Американо-китайская комиссия по вопросам экономики и безопасности заявила, что следует оценить риски, связанные с развитием китайских биотехнологий. «Вызывает озабоченность возможность того, что США станут зависимыми от китайской фармацевтики или других медицинских технологий. Доступ Китая к личной информации граждан США, включая данные о последовательности ДНК, может угрожать конфиденциальности», — говорит молекулярный биолог Марк Казмерчак.
«Выключатель» генов
Одна из таких передовых технологий — это так называемый CRISPR, который позволяет учёным максимально точно редактировать геномы. Цзянго Чжао начал использовать CRISPR после того, как Фэн Чжан (китайско-американский биохимик из Массачусетского технологического института, первым разработал инструмент для редактирования генома) передал все необходимые материалы в лаборатории в Китае. Технология CRISPR значительно ускорила исследования Чжао. В 2016 году он возглавил китайскую команду — и она впервые продемонстрировала, что CRISPR может «выключать» у свиней три гена за один шаг и ускорять развитие животных, на которых можно изучать болезни людей.
двойной клик - редактировать изображение
В следующем году Чжао и его коллеги сделали свиней менее восприимчивыми к холодной погоде. CRISPR помог наделить животных так называемым геном UCP1, который вырабатывает у млекопитающих бурый жир. Кроме того, учёные обнаружили, что у трансгенных свиней почти на 5% меньше белой жировой ткани — из-за этого их мясо более сухое. Только у свиней были проведены 40 успешных генетических модификаций.
Младенцы против
С помощью редактирования генов китайские учёные создали устойчивую к плесени пшеницу, мускулистых полицейских собак и пушистых коз. Были и спорные опыты: китайский учёный провёл генетический опыт над младенцами-близнецами, пытаясь сделать их устойчивыми к ВИЧ. Общество встретило исследования массовыми протестами. Согласно рейтингу журнала Science, Китай публиковал вдвое больше исследований, посвящённых технологии CRISPR, чем США (они расположились на втором месте списка). Марк Казмерчак говорит, что технологию CRISPR можно использовать в животноводстве, но первопроходцы столкнутся со значительными нормативными препятствиями. Хотя развитие новой отрасли потребует больше времени, из неё можно будет извлечь крупную прибыль: технология позволит значительно повысить производительность.
В поисках свиного Грааля
В 5000 миль от Пекина работают учёные шотландского Института Рослина — они исследуют гены свиней уже более двух десятилетий. Учёный Саймон Лиллико и его коллеги ещё в 2016 году сообщили о свиньях, которые могут противостоять африканской чуме свиней. Исследователи воздействовали на ген RELA у сельскохозяйственных свиней, чтобы он выполнял роль аналогичного гена у бородавочника (поскольку бородавочники выживают при африканской свиной чуме). Результаты исследования опубликуют в следующем году. Нет никакой вакцины от вируса, который распространился из Африки в Европу, а затем в Азию, где уничтожил около четверти свиней планеты. Для учёных создать свинью, которая в силу своей природы будет не подвержена этой болезни, — значит найти Святой Грааль свиной генной инженерии.
Революция «синего уха»
Репродуктивно-респираторный синдром свиней, также известный как PRRS или болезнь «синего уха», в 2006 году уничтожил 400 000 свиней в Китае, а заразил — миллионы. Вирус, который приводит к мертворождённым поросятам и лёгочным инфекциям, заражает свиней, таргетно связываясь с белком на поверхности лейкоцитов (так называемый CD163). Исследователь генов свиней Рэндалл Пратер (Университет Миссури) и его команда в 2015 году отредактировали ген, отвечающий за CD163, и создали устойчивых к вирусу свиней. Дальнейшие исследования показали, что потомство генетически изменённых свиноматок может унаследовать эту резистентность. Это открытие стало поворотным моментом для свиноводчества — отрасли, оборот которой только в Китае составляет около $118 млрд в год (примерно половина мирового спроса). Хотя в Китае пока запрещено продавать мясо трансгенных животных, компания Genus Plc — одна из крупнейших в мире животноводческих компаний, использующих методы генной инженерии, — считает, что в конце концов законодательный барьер снимут.
двойной клик - редактировать изображение
Бизнес на свиньях-чумоборцах
Свиньи Пратера получили лицензию Genus для усовершенствования породы свиней. В мае он выступил за заключение контракта с селекционером (частично принадлежит муниципалитету Пекина) об исследовании и выращивании вирусоустойчивых свиней в Китае. Если он будет подписан, Genus рассчитывает заработать $160 млн и дополнительные роялти. Китайские исследователи спешат сократить разрыв с европейскими коллегами. Университет Цзилинь, расположенный в северо-восточной провинции (граничит с Северной Кореей), в прошлом году модифицировал свиней, защитив их от классической чумы свиней. Китайская академия сельскохозяйственных наук в Пекине тестирует вакцину против африканской чумы свиней. Учёные российского МФТИ с коллегами из Китая выводят генетически модифицированных животных для трансплантации их органов людям.
двойной клик - редактировать изображение
Закон о «тощих» свиньях
Чжао и другие китайские учёные хотят, чтобы китайское правительство пересмотрело свою политику в отношении генетически изменённых животных. Тем не менее Чжан сомневается, что в ближайшее время его «тощие» свиньи станут беконом на полках магазинов. «Сейчас в Китае с этим сложно. Это может занять несколько лет», — говорит он. Но у Китая нет столько времени на то, чтобы справиться с дефицитом свинины в стране: за год вирус АЧС вдвое сократил 400-миллионное поголовье китайских свиней. Цены на свинину подскочили почти на 70%. Вполне возможно, что в дикой природе или на фермах есть свиньи, которые естественно устойчивы к определённым вирусам, говорит Кристин Тейт-Буркард, клеточный биолог из Института Рослина. «Но обнаружить "одну свинью на миллион" сложно, никто этим не занимается, — говорит она. — Либо ты найдёшь мутанта, либо сделаешь мутанта сам». Источник
Дополнение: Химеры свиньи и обезьяны впервые родились живыми
Ученые впервые вырастили в лаборатории химерных свиней с клетками обезьян. Статья исследователей опубликована в журнале Protein & Cell. Исследователи уже давно пытаются создать животных-химер, которые могут выращивать человеческие органы. Их затем можно удалить и использовать для трансплантации человеку. Такой процесс называется ксеногенным органогенезом. Предыдущие работы проводились как на эмбрионах свиней, так и на эмбрионах овец с трансплантированными стволовыми клетками человека. В обоих случаях эмбрионы продолжали развиваться до тех пор, пока эксперимент не был преднамеренно прекращен. Это происходит потому, что из-за этических соображений химеры — организмы, которые включают генетический материал другого вида, — не могут быть культивированы или изучены на более поздних стадиях эмбрионального развития. Некоторые ученые опасаются, что стволовые клетки человека могут оказаться в других частях тела животного или даже в его мозге, что может привести к непредвиденным последствиям.
По этой причине в новом эксперименте команда ученых из Института зоологии Китайской академии наук использовала стволовые клетки от макак-крабоедов (Macaca fascicularis). Авторы модифицировали клетки так, чтобы они начали производить флуоресцентный белок GFP. Затем их использовали для производства флуоресцирующих эмбриональных клеток. Эти клетки были введены четырем с лишним тысячам эмбрионов свиней возрастом более пяти дней, оплодотворенных экстракорпорально. Модифицированные эмбрионы свиней ученые впоследствии имплантировали в свиноматок. Эта кропотливая работа позволила получить всего 10 поросят, которые дожили до полного срока и родились живыми. И только два из них были химерными. Обезьяньи клетки мигрировали в сердце, печень, легкие, селезенку и кожу поросенка, но не были обнаружены в других органах, таких как семенники и яичники, из-за низкой скорости химеризма. К сожалению, не прошло и недели, как поросята умерли — не только две химеры, но и остальные восемь нормальных детенышей. Поскольку все свиньи умерли, ученые предполагают, что дело не в химеризме, а в процедуре ЭКО. Низкий уровень химеризма также несколько обескураживает. Однако исследователи по-прежнему настроены оптимистично. Хотя уровень рождаемости был низким, и свиньи не выжили, у команды теперь есть множество данных, которые они могут применить к будущим экспериментам.
