Генетическое редактирование животных и насекомых: как технологии изменения ДНК уже спасают жизни

Содержание

1. Что такое редактирование генома, и как оно работает
2. Расшифровка терминов
3. Основные технологии редактирования генома
4. Разница между изменением и коррекцией генома
5. Почему редактируют геном животных и насекомых
6. Роль генного редактирования в биомедицине
7. Борьба с паразитами и переносчиками болезней
8. Улучшение сельскохозяйственных качеств
9. Примеры спасения жизней с помощью генной инженерии
10. Генно-модифицированные свиньи для трансплантации
11. Генетически модифицированные комары
12. Предотвращение эпидемий через изменение ДНК
13. Правовые и этические аспекты редактирования ДНК животных
14. Биобезопасность и экологические риски
15. Правовое регулирование и международные нормы
16. Будущее технологий редактирования генома
17. Новые системы редактирования генома
18. Возможности и риски массового внедрения
19. Список литературы

Все, что связано с редактированием генов, вызывает в обществе двойственное мнение. С одной стороны — это настороженность, боязнь, связанная с нарушением этики, а с другой — восхищение, стремление к прогрессу и новые возможности. В статье разберемся, что же влечет за собой изменение генома, почему ученые редактируют генный материал животных и насекомых, есть ли примеры, когда подобные биотехнологии спасали человеческие жизни.

Что такое редактирование генома, и как оно работает

Чтобы углубиться в тему, нужно разобраться с ее основными понятиями. А когда речь заходит о редакторе генетического материала, требуется еще знать о его отличиях от традиционной генной инженерии.

Расшифровка терминов

Генное редактирование — это совокупность молекулярных методов, которые позволяют целенаправленно изменять последовательность ДНК живых организмов. В отличие от традиционной генной инженерии, которая вводит в геном новые фрагменты ДНК, редактирование осуществляет точечные модификации, имитируя естественные мутации или устраняя дефектные участки. Это делает технологию значительно более точной, контролируемой, этичной.

Принцип работы редактора основан на использовании направляющих нуклеиновых кислот или белков, которые распознают конкретные участки ДНК. Когда участок идентифицирован (распознан), вводятся разрывы в двойные спирали. После такой манипуляции клетка сама восстанавливает разрывы с сохранением мутации или с введением новых нуклеотидов.

Редактор позволяет удалять, заменять или вставлять фрагменты ДНК, проводить точечные мутации, инверсии. В зависимости от цели, редактирование может быть направлено на устранение патогенных изменений, оптимизацию генов или модификацию регуляторных элементов экспрессии (участков ДНК, которые управляют активностью генов).

Основные технологии редактирования генома

Сегодня в биоинженерии используется несколько ключевых платформ-редакторов генов:

• ZFN (цинковый палец-нуклеазы). Это искусственные белки, который сочетают ДНК-связывающий домен (цинковые пальцы) и ферментный домен, вызывающий двухцепочечный разрыв. Технология имеет высокую специфичность технология и требует сложной инженерии для каждого нового участка гена.

• TALEN (транскриптаза-активируемые нуклеазы). В этом случае используются домены, которые распознают отдельные участки нуклеотиды в связке с нуклеазами FokI. TALEN обладают большей универсальностью, чем ZFN, и обеспечивают высокую точность, но требуют длительного клонирования.

• CRISPR-Cas. Популярная и быстроразвивающаяся технология, основанная на бактериальной иммунной системе. Комплекс из направляющей РНК и фермента Cas9 или его аналогов (Cas12, Cas13) способен находить целевой участок в ДНК и вносить изменения. CRISPR проста в применении, универсальна и высокоэффективна.

Еще две технологии — Base editing и Prime editing. Это усовершенствованные формы CRISPR. Base editing позволяет изменять отдельные нуклеотиды без разрыва ДНК, а Prime editing сочетает обратную транскриптазу и направляющую РНК для высокоточного редактирования с минимальными побочными эффектами.

Разница между изменением и коррекцией генома

Кроме всего, нужно учитывать еще и разницу между понятием изменения и коррекции генома.Ведь нередко возникает путаница, и многие считают, что здесь можно поставить знак равенства. Верно ли это? Нет, и вот почему:

• Изменение генома подразумевает внедрение новых функций или признаков в организм, часто несвойственных исходному виду. Например, придание устойчивости к гербицидам или повышение продуктивности.
• Коррекция же генома направлена на восстановление нормального состояния ДНК. Например, исправление мутации, вызывающей наследственное заболевание.

Итак, коррекция — это терапевтическое вмешательство, стремление к нормализации, в то время как изменение — это инженерная модификация, направленная на достижение новых характеристик.

Почему редактируют геном животных и насекомых

Здесь нужно начать с ярких примеров, как генетики и биоинженеры изменяют ДНК живых организмов с целью помочь людям в борьбе с паразитарными инфекциями, для создания лекарственных препаратов, использования доноров для пересадки органов, а также повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и их устойчивости к болезням.

Роль генного редактирования в биомедицине

Животные используются в медицине как организмы-модели для тестирования новых методик лечения, разработки вакцин, биологических препаратов.

С помощью редактирования ДНК можно создавать «животные» модели редких заболеваний, что невозможно в естественных условиях. Это особенно важно для исследования генетических мутаций и тестирования методов терапии, включая генную и клеточную.

Кроме того, генный редактор позволяет использовать животных как доноров для ксенотрансплантации. В частности, генно-модифицированные свиньи лишаются вирусов, потенциально опасных для человека, и получают совместимые иммунологические маркеры. Это значит, что органы свиней можно пересаживать человеку (почки, сердце).

Борьба с паразитами и переносчиками болезней

А можно ли изменять геныу паразитических или опасных видов насекомых? Да, это перспективное направление редактирования для управления популяциями. Например, комары рода Anopheles переносят малярию, из-за чего до сих пор погибают до 600 000 человек в год.

С помощью CRISPR можно создать «генетическую ловушку» — так называемый gene drive, или драйв-гены, которые распространяются в популяции быстрее обычной генетической наследственности.

Такие вмешательства позволяют стерилизовать самок комаров или сделать популяцию не способной переносить плазмодиев — возбудителей малярии.

Кто сегодня занимается подобными исследованиями? Активисты из Имперского колледжа в Лондоне запустили проект Transmission Zero, который бы позволил спасти тысячи жизней. Исследователи неоднократно призывали ООН ввести мораторий на генные драйвы (пока безуспешно).

Почему программа до сих пор не введена в действие? Причина скрывается в обеспокоенности, вызванной непреднамеренными последствиями для экосистемы. Например, драйв может случайно распространиться на другие популяции. Но исследователи прилагают все усилия для минимизации экологического ущерба. В итоге последствия не будут известны до момента, пока отредактированных насекомых не выпустят на свободу.

Остается также проблема резистентности (у комара или патогена, в зависимости от драйва). Это означает, что исследователям, возможно, придется вносить одновременно несколько изменений в драйв или создавать арсенал резервных вариантов.

Однако уже в 2026 году должны начаться полевые испытания по борьбе с малярийными комарами.

Если какой-либо из проектов генных драйвов против малярии будет запущен, это станет самым крупным в истории человечества вмешательством в редактирование генов живых существ.

Улучшение сельскохозяйственных качеств

Генетическое редактирование животных также может стать эффективным инструментом для повышения продуктивности и устойчивости к заболеваниям в агропромышленном комплексе. Вот несколько примеров:

• Редактирование генома у крупного рогатого скота для устойчивости к бешенству или улучшения набора мышечной массы.
• Создание свиней, устойчивых к вирусу PRRS (респираторный и репродуктивный синдром).
• Удаление аллелей, вызывающих агрессию у домашних животных, что облегчает их содержание.
• Улучшение показателей роста, усвояемости кормов, молочной продуктивности, устойчивости к жаркому климату.

Например, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) США одобрило разведение модифицированного крупного рогатого скота, который лучше растет в условиях жары.

В 2023 году компания Recombinetics из Миннесоты, которая использует разные методы редактирования генома, создала в лаборатории в Айове теленка с модифицированными генами. Цель — защита от вируса диареи крупного рогатого скота, патогена опасного для коров (и дорогостоящего для фермеров).

В 2024 году компания Genus, расположенная недалеко от Лондона, создала породу свиней с модифицированным геном. В этом случае цель — выработать у животных иммунитет к вирусу свиного СПИДа, который ежегодно уменьшает поголовье и приводит к потере производства мяса на 1,2 млрд долларов (и это только в США).

Примеры спасения жизней с помощью генной инженерии

Использование систем редактирования генома — это не только постоянные исследования, предположения, гипотезы, но и практическое применение, в том числе связанное со спасением человеческой жизни.

Генно-модифицированные свиньи для трансплантации

В 2024 году был проведен успешный эксперимент. Ученые из США отредактировали геном свиньи темно-коричневой породы. Годовалое животное из лаборатории перевезли на окраину Бостона, штат Массачусетс. На следующий день свинье удалили почки. Одна предназначалась для исследования, а другая была пересажена мужчине по имени Ричард Слейман. Эта была первая в истории удачная пересадка почки от свиньи живому человеку.

Ксенотрансплантация была мечтой медиков на протяжении десятилетий. Сегодня в США уже шесть тяжелобольных человек получили специальное разрешение на пересадку почек и сердец от свиней. Важно понимать, что органы доноров требуют тщательной подготовки: некоторые свиные гены были «отключены», а несколько человеческих генов были добавлены, чтобы избежать отторжения органов организмом пациента.

Какова дальнейшая судьба реципиентов? Из-за изначально тяжелого состояния четверо, включая Слеймана, скончались в течение нескольких месяцев. Два последних еще живы. Но клинические испытания с более здоровыми реципиентами должны начаться уже в 2025 году.

Более 100 000 американцев ждут новые органы, и ксенотрансплантация — хороший пример того, как редактирование генома животных может принести пользу обществу.

Такой эксперимент открыл путь к созданию банка «биологически совместимых» доноров и решению глобальной проблемы нехватки органов. В будущем возможно развитие массового производства донорских органов на основе отредактированных животных.

Генетически модифицированные комары

В 2021–2024 годах в нескольких странах, включая Бразилию и США, были проведены пилотные исследования по генно-модифицированным комарам (Aedes aegypti), несущих летальный ген. Самки, спаривающиеся с модифицированными самцами, производят потомство, не способное выжить. Это приводит к снижению численности популяции. Результат — сокращение заболеваемости лихорадкой денге и вирусом Зика.

Такие методы доказали свою эффективность и рассматриваются как дополнение к традиционным способам борьбы — инсектицидам и санитарным мерам.

Предотвращение эпидемий через изменение ДНК

Редактирование генома применяют и для предупреждения зоонозных вспышек — болезней, передающихся от животных к человеку. Например, работа с летучими мышами и грызунами как резервуарами коронавирусов включает модификацию белков-рецепторов, препятствующих заражению.

Такие методы позволяют контролировать распространение потенциально опасных возбудителей на доэпидемической стадии, препятствуя переходу патогенов в человеческую популяцию.

При этом технологии генного редактирования позволяют проводить точечные изменения без внедрения чужеродной ДНК, что делает модификации приемлемыми даже с точки зрения этики.

Правовые и этические аспекты редактирования ДНК животных

Все, что связано с генетикой (даже ее пользой), влечет за собой ряд вопросов и противоречий, связанных с этикой, безопасностью, экологией. Какое влияние эксперименты ученых окажут на окружающую среду, включая человеческий организм?

Биобезопасность и экологические риски

Главная проблема генного редактирования животных — невозможность полной предсказуемости последствий вмешательства. Выпуск в дикую природу организмов с измененным геномом может привести к нежелательным эффектам: вытеснению видов, нарушению пищевых цепей, распространению драйв-генов на родственные популяции.

Существует риск горизонтального переноса генетических конструкций, особенно у вирусов и бактерий. Кроме того, изменение генома может повлиять на эпигенетические механизмы, экспрессию соседних генов и даже вызвать появление новых мутаций.

Поэтому каждая программа редактирования должна сопровождаться оценкой экологических рисков, лабораторными, полевыми испытаниями, созданием систем отслеживания последствий и возможности отзыва (например, через драйв-антагонисты).

Правовое регулирование и международные нормы

В большинстве стран редактирование генома животных и насекомых находится под контролем регулирующих органов. В ЕС и России применяются нормы, контролирующие обращение с ГМО, которые предусматривают регистрацию, маркировку, проведение испытаний.

В США подход более либеральный: FDA и USDA рассматривают модифицированных животных как продукты биотехнологий, которые можно регулировать по аналогии с лекарственными препаратами.

Важным международным документом является Протокол о биобезопасности (Картахенский протокол), подписанный в рамках Конвенции о биологическом разнообразии. Он предусматривает обмен информацией о ГМО между странами и формирование глобального механизма ответственности.

Будущее технологий редактирования генома

Мы разобрались в том, как ученые сегодня меняют ДНК, для чего это делают и почему важно на первое место ставить правовое регулирование, этику и экологическую безопасность. А что дальше? Есть ли будущее у таких технологий, несмотря на ограничения?

Новые системы редактирования генома

Исследования последних лет показывают развитие новых платформ для редакторов, которые отличаются высокой точностью, безопасностью, универсальностью. Вот некоторые из таких платформ:

• CRISPR-CasF — миниатюрные Cas-системы, упрощающие доставку генетического материала в клетки.
• Cas12a и Cas13a — системы, способные редактировать не только ДНК, но и РНК, открывая путь к более эффективной борьбе с вирусными инфекциями.
• EvoCas и HyperCas — ферменты с улучшенной специфичностью и меньшим числом нежелательных последовательностей ДНК.
• Редактирование хроматина — технологии, которые влияют не только на последовательность, но и на упаковку ДНК, что позволяет регулировать экспрессию генов без изменений нуклеотидов.

Одновременно развиваются методы доставки генных материалов: наночастицы, вирусные векторы нового поколения, липидные капсулы, электропорация и биочипы.

Возможности и риски массового внедрения

Массовое использование генного редактирования прогнозирует серьезные биотехнологические прорывы: от устойчивых к болезням популяций до создания биоорганов и программируемых биофабрик. Однако с этим связан и ряд рисков:

• Нарушение биоэтики: где граница между терапией и «улучшением».
• Экологические последствия: возможные необратимые изменения экосистем.
• Биотерроризм: угроза создания патогенов с высокой заразностью.
• Неравный доступ: технологическое расслоение между странами.

Поэтому будущее — за регулируемым, прозрачным и научно обоснованным применением этих технологий. Их развитие потребует тесного взаимодействия ученых, юристов, врачей и общества.

С другой стороны — эти технологии помогут в будущем решать и актуальные вопросы, связанные с долголетием. Например, позволят блокировать развитие мутаций, которые приводят к появлению воспалений, заболеваний сердца и мозга, что запускает преждевременное старение организма. Однако в любом случае системы редактирования должны быть основаны на этичном и безопасном использовании.

Список литературы

• Editing pigs, mice and mosquitoes may save lives. // The Economist — 2025. Источник: https://www.economist.com/technology-quarterly/2025/02/21/editing-pigs-mice-and-mosquitoes-may-save-lives
• Уэбб Э., Гессель Э. Машина творения: Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры. // Альпина нон-фикшен — 2024. Источник: https://www.google.by/books/edition/Машина_творения_Новые/
• Демиденко А. А. Ген будущего: Как генная инженерия меняет мир. // SelfPub — 2025. Источник: https://www.google.by/books/edition/Ген_будущего_Как_генн/
• Волкова О. М., Коротаев А. С. Просто о сложном: CRISPR/Cas. // Биомолекула — 2016. Источник: https://biomolecula.ru/articles/prostoo-slozhnom-crispr-cas