ВОПРОСЫ - ОТВЕТЫ

Здесь вы можете спросить Александра Панчина обо всем, что имеет отношение к его научной и просветительской деятельности.

Вопросы, которые читатели задавали для конкурса на книги с автографами Александра Панчина и Ричарда Докинза, мы будем публиковать постепенно.


Вопрос

Иван задал вопрос: Приветствую, Александр. Прочитал на днях книгу, которая содержит ГМО. В одно месте Вы делали предположение о том почему эволюция допустила наличие какого-то генетического заболевания (не помню какого точно, нет книги под рукой. Что-то было про Африку). А я задался при этом вопросом - почему эволюция не "уничтожила" близорукость? Неужели для жизни в дикой природе это не особенно было важно? Может быть она возникла ПОСЛЕ этой самой жизни в природе? Есть ли у Вас какие-то домыслы на этот счёт? Про дальнозоркость проще понять. Это, на сколько мне видится, неисправность больше возрастная. А до уважаемых лет мы стали доживать в массе своей не так давно. И следом ещё вопрос. Я подозреваю, что это генетические заболевания, а значит хочется услышать, что генетика знает откуда ноги растут, а генная инженерия знает, ну если не как вылечить, то как предотвратить развитие близорукости. Так ли это? И не могу удержаться задать ещё один вопрос. Слышал про некоторый "Предел Хейфлика". Генная инженерия способна с ним что-то поделать? В книге в последних главах про что-то такое с хромосомами было сказано, но у меня не хватило ума понять, про это речь или нет. Спасибо.

Ответ

Здравствуйте! Про Предел Хейфлика - он касается далеко не всех клеток. У стволовых клеток работает фермент теломераза, который достраивает кончики хромосом, теломеры. И хромосомы имеют стабильную длину. Ту же теломеразу можно внести и в другие клетки организма. На этом основан один из методов генной терапии старения, имевший успех у грызунов (про это было и в книге).

Про близорукость мне сложно что-то сказать. Это немного не моя тема.




Вопрос

Руслан задал вопрос: Как Вы прокомментируете серию "ПИН-кода" ("Смешариков") "ДНК"? Я полагаю, что описанные в ней эффекты нереалистичны.

Ответ

Это одна из менее удачных образовательных серий мультфильма. Во-первых, там есть упоминания "генов дружбы", "генов гениальности". Такие гены науке не известны. Да, некоторые признаки зависят от единственного гена, но многие зависят от сочетания генов и взаимодействия организма с окружающей средой. Съев "чудо морковь", никто бы не вырос до гигантских размеров. Ну и отменить огромный рост тоже не получилось бы: организм уже вырос. Увы, эта серия может способствовать распространению некорректных представлений о генетике и о генной инженерии. Но я бы не относился к этому слишком серьезно. Все-таки это мультик и он не претендует на научную достоверность.


Вопрос

Vladimir спрашивает: Следуя теории эволюции мы можем в целом проследить развитие живых организмов от одноклеточных до человека. Также, мы с вами можем понять, что раз эволюция это процесс, то этот процесс должен продолжаться и дальше. Итак, вопрос: Как по вашему мнению будет выглядеть следующая за человеком ступень эволюции в природе в будущем (к сожалению, по всем признакам не столь близком)? Наверняка это будет не просто биологическая эволюция, но и в соответствии с социальной природой человека ещё и эволюция в социальном аспекте. Можете ли вы дать серьёзный, научный ответ на этот вопрос?

Ответ

Однажды я видел забавную карикатуру: человек будущего имел один квадратный глаз (идеально подходящий под монитор), на правой руке три пальца (для владения мышкой) и много пальцев на левой (под клавиатуру). А если серьезно, то в будущему людей будут чаще встречаться те признаки, которые помогают выживать и размножаться сейчас. Я бы ожидал замедление старения, улучшение интеллекта. Любопытно, что в некоторых популяциях наблюдаются тренды на уменьшения роста девушек, а в Индии - увеличение "волосатости" мужчин. Это может отражать факторы, связанные с привлекательностью. Также повсюду улучшается переносимость молока. В нашем мире стало очень много сахара, избыток которого ведет к различным заболеваниям. Думаю, что люди будущего будут более устойчивы к сахару и другим продуктам, которые имеются в изобилии, но недостаточно полезны. Это если мы говорим о биологической эволюции. Но понятно, что люди будут все больше интегрированы с технологиями. Роботизированные устройства с нейроинтерфейсами, полагаю, существенно изменят жизнь и облик человека будущего.

Что касается социума, то можно заметить, что люди в целом становятся более гуманными. Будущее, безусловно, за искусственным, а не животным мясом (как бы я его не любил), за попытками защитить окружающую среду и снизить антропогенное влияние на природу. Но я не вижу здесь места для какой-то именно качественно новой ступени, просто плавный прогресс. Качественный скачок будет когда мы создадим роботов, искусственный интеллект которых превзойдет наш и интегрируем их в наше общество (или они нас в свое).




Вопрос

Unda Maris спрашивает: Какие методы должно использовать российское научное сообщество, чтобы повысить уровень здравоохранения в нашей стране, внедрить новые технологии? Что важно делать помимо развития pop-science?

Ответ

К сожалению, я не знаю правильного ответа на этот вопрос. Хорошее здравоохранение требует не только научных решений, но и экономических, а я в этой области не силен. Я могу лишь отметить некоторые перспективные направления разработок (например, генная терапия для лечения наследственных, онкологических и вирусных заболеваний) и указать на явные недостатки существующих законов, позволяющих выдавать за лекарства заведомо неработающие средства. Мне бы хотелось, чтобы больше ученых занимались разработкой качественных, а не сомнительных терапевтических подходов, применяя современные международные стандарты доказательной медицины.


Вопрос

Анна задала вопрос: Скажите, пожалуйста, что вы думаете об этике генетических исследований на людях и генетических модификаций людей, насколько она стопорит науку сейчас и не является ли игнорирование этих этических проблем уже необходимым злом, если сложившиеся социальные уклады ведут нас, по некоторым исследованиям, в сторону вырождения? Не возникает ли у вас желания подредактировать homo sapiens куда-нибудь ближе к рациональности и подальше от рационализации, и убрать присущую ему легкость принятия религиозных и других мифических идей? Не является ли это единственным способом создания идеального общества и не стоит ли, по вашему, бросить все силы на его создание уже сейчас?

Ответ

Мы очень плохо понимаем, как гены влияют на такие особенности мышление, как рациональность. Мы знаем, что культура очень сильно влияет на формирование мышления. Даже генетически идентичные близнецы могут вырасти разными людьми. Поэтому едва ли генная модификация людей сможет исправить проблемы иррациональности. Кроме того, многие мифы живут за счет того, что у людей есть в целом правильные принципы мышления, которые просто иногда используются неправильно. Я полагаю, что без улучшения системы образования и без просвещения сложно улучшить общество.


Вопрос

Виктор спрашивает: В связи с развитием медицины роль естественного отбора для человека отходит на второй план. Если раньше люди просто умирали от болезней, то теперь у них есть возможность воспользоваться медицинскими услугами и в дальнейшем оставить потомство. Таким образом в генофонде могут оставаться "плохие" гены, которые до развития медицины исчезли бы. На самом ли деле существует ли такая проблема? И если да, то пытается ли как-то наука решить ее, быть может методами генной инженерии.

Ответ

Действительно, какие-то мутации, которые раньше отсеивались естественным отбором, сегодня могут быть вполне совместимы с успешной жизнью и размножением. И это замечательно, ведь это означает меньше человеческих смертей. От этого люди не становятся менее приспособленными. Они становятся более приспособленными к существованию в высокоразвитом техногенном мире. Но это не значит, что с мутациями, создающими необходимость в лечении, не стоит бороться. Людям, являющимся носителями опасных вариантов генов, предлагают сделать искусственное оплодотворение с пренатальной диагностикой. Чтобы у детей не проявилось заболевание. И это уже встречается по всему миру. Генная инженерия – еще один инструмент в этой борьбе, который мы пока только учимся применять на людях. В теории, все наследственные заболевания предотвратимы, а некоторые мы сможем и лечить – с помощью генной терапии.



Вопрос

Таня Гусак задала вопрос:

Почему во время болезни повышается температура тела? Вроде банальное и общеизвестное много столетий явление, но ни один врач не дал мне ответа на этот вопрос. Одна из популярных теорий заключается в том что такая температура вредна для бактерий, приспособленных к нормальной температуре тела и они медленнее размножаются. Какая классная стратегия для гомойотермного организма в борьбе с пойкилотермными способными адаптироваться к диапазонам температур от вечной мерзлоты до горячих источников в то время как нам плохо уже при изменении температуры тела на пару градусов. Да возможно до эволюционного появления реакции жара на системную инфекцию патогены и были стенобионтными по температуре тела гомойотермных хозяев и мутация вызывающая жар при болезни некоторое время была бы полезна, но бактериям было бы не особо сложно приспособится, и очевидно кто проиграл бы дальнейшую температурную гонку вооружений.

Другая популярная теория заключается в том что при повышении температуры возрастает скорость химических реакций и иммунная система борется с патогеном быстрее (по такой логике бактерии тоже будут делится быстрее и в относительной скорости мы ничего не выиграем. Однокурсница сказала что так болезнь пройдёт быстрее а значит животное меньший период времени будет уязвимым хотя слабое животное с повышенной температурой явно ещё более уязвимо в дикой природе).

В любом случае такая логика явно не работает для катализируемых белковыми ферментами реакций которые имеют температуру оптимума и работают только медленнее при отклонениях от этой температуры. Но как ни странно иммунный ответ действительно интенсивней при повышенной температуре тела (например см. MATTHEW J.K(1986) Is Fever Beneficial? THE YALE JOURNAL OF BIOLOGY AND MEDICINE «small elevations in body temperature, similar to those observed during fever, result in an enhancement of the immune response.These include increased mobility and activity of white blood cells, stimulation of interferon production and function, activation of T lymphocytes»).

Большинство врачей считали такой ответ достаточным объяснением и удивлялись что меня он не удовлетворяет — «ну я ж сказал при повышении температуры повышается синтез интерферона и активность клеток иммунной системы, ну чего тут непонятного?». Блин когда-то в процессе эволюции были отобраны особи у которых иммунная система в результате неких случайных мутаций эффективней работала при повышенной температуре тела и которым повезло ещё на мутации приводящие к повышению температуры тела при болезни.

Почему? На это мне отвечали что иммунная система не может быть максимально активна всё время — это было бы бесполезной тратой ресурсов и могло бы привести к аллергиям и аутоиммунным нарушениям. А так у нас есть сигнал для её активации. Повышать температуру тела, делая и так больное животное ещё более вялым и уязвимым просто для сигналинга? Что? Да для сигналинга можно было бы просто использовать некий гормон специфические рецепторы к которому есть только на целевых иммунных клетках (как собственно большинство аналогичных механизмов сигналинга и работает).

У меня недавно появилась идея как это могло бы работать. Локальные повреждения встречаются в жизни животного намного чаще, чем системные инфекции. При этом в месте повреждения и локального воспаления расширяются кровеносные сосуды чтобы увеличить кровоток и проницаемость их стенок, тем самым облегчив миграцию иммунных клеток из кровотока в ткань для борьбы с патогенами.

Это расширение сосудов приводит к локальному повышению температуры(воспалённые участки кожи действительно «более горячие»). А значит в большинстве случаев иммунным клеткам приходится работать в условиях повышенной температуры и в процессе эволюции их температура оптимума стала чуть выше нормальной температуры тела — это поддерживалось отбором так как повышало вероятность того что локальное проникновение патогена не перастёт в жизненно опасную системную инфекцию. Но если у нас таки уже случилась системная инфекция то очевидно следует максимально повысить эффективность работы иммунной системы. Как это сделать? Очевидный вариант — повысить температуру тела чтобы достичь температуры оптимума иммунных клеток! Это ещё эффективнее при вирусных заболеваниях — репликация вируса зависит от клетки хозяина, если температура неоптимальна для клеток то вирус размножается медленнее, а вот иммунная система работает быстрее.

Вот только у меня нет ни малейших идей экспериментов или наблюдений которыми эту теорию можно было бы подтвердить или опровергнуть (хотя это утверждение вероятно верно для многих теорий относительно эволюционного происхождения при отсутствии фантастической машины времени). Несмотря на то что моя теория довольно проста я не находила подобных идей нигде в литературе, что наводит меня на мысль что в ней где-нибудь есть ошибка ибо маловероятно что из миллионов учёных во всём мире до неё никто не додумался (а если бы додумался то вероятно бы опубликовал как возможное решение до их пор открытого вопроса — по крайней мере статей с внятным объяснением причин жара мне найти не удалось). Хотя возможно большинство людей практичны и их интересуют прикладные вопросы (надо ли «сбивать» повышенную температуру? — в большинстве случаев нет — повышение температуры повышает активность иммунных клеток!), а бесполезные вопросы «как это могло эволюционировать» мало кого интересуют (кроме креационистов конечно которые так и норовят крикнуть «не могло». хотя этот пример для них скорее был бы свидетельством того что бог нерационален или просто жесток заставляя людей дополнительно мучатся от жара во время болезни).

Ответ

Мне очень понравилось, что вы провели целое расследование, прежде чем задать вопрос. Довольно правдоподобное эволюционное объяснение эффективности повышенной температуры для защиты от патогенов я нашел в статье  “Insurmountable Heat: The Evolution and Persistence of Defensive Hyperthermia”. Если кратко: задача патогена не выжить в теле человека как можно дольше, а передаться новому носителю. Новый носитель, скорее всего, имеет обычную температуру тела. Поэтому передаются от человека к человеку, прежде всего те микробы, которые лучше всего приспособлены к жизни при нормальной температуре тела. Приспособиться сразу к двум диапазонам температуры сложнее, хотя и есть организмы вроде малярийного плазмодия, неплохо с этим справляющиеся. Но у них для этого специально несколько форм и сложный жизненный цикл. Видимо цена таких приспособлений далеко не всегда окупается. Бактерии, живущие в горячих источниках очень сильно отличаются от бактерий, живущих при комнатной температуре и имеют массу адаптаций. За пределами горячих источников не особо жизнеспособны.

Отмечу, что все это не исключает и предложенную вами версию. Действительно, известно, что повышенная температура помогает функционировать некоторым типам клеток иммунной системы. Например, смотрите статью “Differentiation of CD8+ T cells into effector cells is enhanced by physiological range hyperthermia” и обзор “Fever and the thermal regulation of immunity: the immune system feels the heat”. Поскольку у многоклеточных организмов много разных типов клеток, не удивительно, что клетки могут иметь разный температурный оптимум для работы. Так с помощью жара многоклеточные могут использовать свое преимущество над одноклеточными. 


Вопрос

Елена задала вопрос: Уважаемый Александр, добрый день. В связи с тем, что появляется противоречивая инф-я о CRISPR-Cas 9 (в т.ч. видела Вашу лекцию, не оч. новую, в которой Вы говорили о той точности, с которой сейчас работает эта техн-я, потом на нескольких ресурсах типа IFLS и Science Alert появились статьи о том, как использование CRISPR привело к куче незапланированных мутаций, причем, о них не знали т.к. появились эти вставки в местах, где даже не проверяли, поскольку по всем расчетам оказаться там они были не должны; потом в тех же изданиях появилась критика описанного исследования и несколько положительных новостей, в частности о ГМ-и эмбриона в Штатах, которому устранили какой-то порок сердца), у меня вопрос: скрывается ли под именем CRISPR один метод или их несколько разных? Если Вы изучали статью Schaefer, насколько адекватное, там было исследование? Через сколько приб-но лет можно ожидать, что техники ГМ-и будут настолько разработаны, что их можно будет безопасно массово использовать на человеческих геномах? И, если можно, вопрос на др. тему: говорят о таком методе восстановления генома неандертальцев, как сбор его по кусочкам от европейцев и азиатов, у которых такие фрагменты есть в геноме. Откуда понятно, что эти гены «неандертальские»? Если потому что они были выделены из находок, то зачем их «собирать» по современным геномам? А если нет, то неужели вывод об их «неандертальском» происхождении основан только на том, что у африканцев таких вариантов нет? Заранее благодарна.

Ответ

Существует много белков, подобных классическому белку Cas9 – как естественного происхождения, так и улучшенных генными инженерами. Ответ на Ваш вопрос на самом деле был и в Сумме Биотехнологии.

“Конечно, генная модификация людей сильно отличается от генной инженерии других организмов тем, что мы не можем позволить себе риск рождения несчастного ребенка-мутанта из-за ошибки технологии. Это не генетически модифицированные растения и бактерии, которых мы можем легко выкинуть и заменить, если что-то пойдет не так. Собственно, при обычной генной инженерии мы тоже получаем организмы, у которых вставка произошла не там, где надо, но мы можем создать сотни разных генетически модифицированных особей, прочитать их ДНК и отобрать удачные варианты, с которыми все в полном порядке.

Но можно ли проводить редактирование ДНК более точно? Направляющая РНК позволяет белку Cas9 узнать в геноме фрагмент ДНК длиной около двадцати нуклеотидов. Для узнавания не требуется 100 % комплементарно-сти между направляющей РНК и геномным фрагментом, поэтому Cas9 иногда режет не там, где предполагалось, – с этой проблемой и столкнулись китайские ученые, пытавшиеся редактировать геном эмбриона человека. Но еще в 2013 году в журнале Cell вышла статья, в которой было предложено усовершенствование белка Cas9, позволяющее существенно снизить вероятность ошибки.

Авторы статьи получили мутантный вариант Cas9, который разрезает не две цепочки молекулы ДНК, а только одну. Казалось бы, как такой “испорченный” фермент сможет работать лучше обычного? Дело в том, что вместе с мутантным Casy используется не одна направляющая РНК, а две, узнающие два соседних участка ДНК. Система починки ДНК в клетке легко “запаивает" одноцепочечный разрез в молекуле ДНК <>.

Теперь нужно, чтобы две направляющие РНК узнали два соседних участка генома. Такая система редактирования генома узнает не 20 нуклеотидов, а 40, а значит, специфичность метода существенно возрастает

Создание новых способов редактирования генома – одна из самых бурно развивающихся областей современных биотехнологий. Вполне возможно, что к моменту издания этой книги многие из описанных методов уже устареют, а им на замену придут новые, еще более точные и надежные подходы. Например, пока я писал эту главу, ученые из Гарварда опубликовали статью про новую мутантную форму белка Cas9, в 25 раз более специфичную, чем та, что была обнаружена в природе у бактерий”.

Разные ученые используют разные варианты белка Cas9 для редактирования геномов. Поэтому не удивительно, что где-то сталкиваются с большим количеством ошибок, а где-то с меньшим. Последняя работа американцев по редактированию эмбрионов показала, что мы уже близки к надежным методам такого вмешательства, с минимальным количеством побочных мутаций.

Геном неандертальца нет необходимости собирать. Он уже прочитан. Мы знаем, чем генетически неандертальцы отличались от современных людей. Теоретически мы могли бы взять клетки человека и вносить туда генетические изменения, делающие этих клетки более похожими на клетки неандертальца. В будущем, когда мы научимся клонировать людей, можно будет взять ядро из такой клетки и клонировать неандертальца. Очень ждем такой работы.