- О чем же, Леонид Сергеевич, пойдет речь на этот раз?
- А вы любите ли сыр чеддер?
- Да, я вкус в нем нахожу. Но почему вы об этом спрашиваете? Неужели?..
- ... в самом деле: в Великобритании создается национальное стадо коров, которые будут вырабатывать молоко, специализированное, или, скажем помягче, наиболее подходящее для производства именно сыра чеддер (это ведь английский сыр).
- Невероятно!
- Комитет по исследованию индустрии молочных продуктов Соединенного Королевства покровительствует этому проекту, но интересно, что половину средств в него вкладывает торговля.
Можно добавить, что подобное коровье стадо (200 голов), правда, с несколько иной специализацией, уже существует в Голландии, еще одно формируется в Южной Корее. Как видите, генная инженерия, в частности трансгенез, выходит уже на технологические рубежи.
- Позвольте, Леонид Сергеевич! Раз уж делом заинтересовалась торговля, то технология, надо полагать, этап освоенный?
- В вашем вопросе соединились сразу три проблемы. Во-первых, торговля. Тамошние коммерсанты, в отличие от большинства наших, не озабочены сиюминутной выгодой. Это серьезные люди, ведущие серьезный бизнес: ведь именно торговля, если вдуматься, создает обществу то, что англичане называют prosperity - процветание. И деньги, заметьте, торговые ведомства вложили в данном случае не в магазины и не в сыродельные заводы, а в науку - в исследования, которые должны ответить на конкретные и точные вопросы о будущем производстве. Можете вы назвать российские торговые компании, которые вот так же вложили бы деньги в науку, ну, хотя бы в наши исследования? А ведь мы в прошлый раз приглашали...
- ... и даже, помнится, телефон ваш напечатали.
- Звонили. И даже заходили. Но денег никто не дал - потому, видимо, что отдача будет нескоро.
Но продолжим о проблемах, заключенных в вашем вопросе. Во-вторых, технология. То, что, скорее всего, имеете в виду вы, это технология производства сыра. Она действительно давным-давно освоена, отработана веками. Но, несмотря на это, ее может модернизировать генетическая инженерия. То есть, в-третьих, речь идет о новой, трансгенной технологии производства сырья для сыра - коровьего молока.
- А суть ее не очень сложна? Можно рассказать о ней нашим читателям?
- Материя, надо сказать, непростая, но ваши читатели - люди подготовленные. А чтобы ввести их в курс дела, скажем несколько слов о природе молока.
Как известно, молоко коровы на 86% состоит из воды, остальное - это углеводы, жиры и белки плюс "по мелочи" минеральные вещества, в том числе кальций, необходимый для роста костей новорожденных. Все вместе образует сложную смесь для кормления потомства и для производства молочных продуктов - творога, масла, сметаны, сыра и т. п.
Это - вообще, дальше начинаются нюансы. Так, каждый знает, что у разных коров молоко на вкус разное. Многим это памятно с детства, когда летом выезжали на дачу, в деревню, и мамы старались сразу "прикрепиться" к корове, чье молоко им казалось вкуснее.
Основная причина этих различий кроется в белках молока. В предыдущем интервью мы говорили, что все эти белки выделены и изучены. 80% молочных белков составляют казеины - альфа-S1, альфа-S2, бета-казеин, каппа-казеин и другие. Биофизические свойства их сходны (потому молоко всегда молоко), но есть, как видим, и видовые различия, и варианты генов (аллели), и количество их в определенном объеме молока разное, и роль казеинов поэтому разная: например, одни казеины высвобождают кальций из различных сочетаний с другими элементами, другие переводят его в форму, необходимую для развития костей новорожденных, а вот каппа-казеин, наоборот, связывает свободный кальций и тем вызывает осаждение казеинов. Благодаря этому молоко свертывается и делится, как это знает любая хозяйка, на две фракции - творог (нерастворимые казеины) и сыворотку (в ней остаются белки растворимые). Это разделение кладет начало изготовлению сыра.
Исследователи склоняются к тому, что и качество сыра, и возможности совершенствовать производство, и выход продукта зависят главным образом от генетических вариантов белков молока. Большинство белков имеет один вариант, некоторые, в том числе каппа-казеин, - два и больше. Потомству они передаются по законам Менделя: от каждого родителя по гену - А или В. Таким образом, потомство может иметь варианты генов АА, ВВ или АВ. Однако в последнее время обнаружили более сложные мутации генов, и поэтому на деле генетических вариантов намного больше - на сегодня их насчитывают уже более 20. При этом каждый вариантный белок может иметь особые, отличные от других свойства и по-своему влиять на качество молока и производимых из него продуктов. Правда, пока это генетическое разнообразие никак не используется, поскольку изучение его, по существу, только начинается.
В большей степени изучены варианты каппа-казеина, и наибольший интерес вызвал его ВВ-вариант. Именно с ним связывают перспективы совершенствования производства сыра: многочисленные исследования показали, что и время свертывания молока с этим вариантом меньше, и выход сыра больше, и полное затвердение сыра достигается быстрее, да и вкус чеддера в этом продукте выражен отчетливее и полнее.
Все это и породило в Англии идею создать национальное стадо коров, дающих молоко с этим "чеддерным" генетическим вариантом казеина. Имеется в виду не только подобрать соответствующих коров, но и с помощью трансгенеза "насытить" их молочные железы возможным количеством чужих генов ВВ-варианта.
- Очевидно, что молоко таких коров позволит снизить затраты на производство сыра. Узнав об этом, коммерсанты и решили подключиться к делу?
- Да. Но деньги они вложили, подчеркнем, пока только в исследования. Цели же исследований таковы: во-первых, подтвердить, что изменение генетического профиля создаваемого стада коров действительно повысит эффективность производства именно чеддера; во-вторых, подтвердить, что выгода производства связана именно с ВВ-вариантом каппа-казеина, и не просто подтвердить, а выявить механизм, с помощью которого этот вариант действует на свертывание молока, и, в-третьих, выяснить, как увеличение копий гена ВВ-варианта отразится на выходе других продуктов молока.
- То есть им мало одного сыра?
- Ну, мало или не мало, это они решат, когда получат результаты исследований. Но скрытый в вашем вопросе упрек не вполне корректен: ведь желание человека, вкладывающего деньги, получить от них максимальную отдачу, вполне естественно. Тем более, что речь идет о столь же естественном способе ее получения, в данном случае - о максимально возможном использовании сырья.
Это интересно и науке: дает ли пересадка одного гена увеличение выхода и других компонентов молока, например жира или углеводов, или, скажем, иммуноглобулинов. Впрочем, эти вопросы ближе касаются другой проблемы...
- Не имеете ли вы в виду "иную специализацию" голландского стада, о чем упоминали в начале нашей беседы?
- И корейского тоже. Проблема эта - искусственное вскармливание младенцев. Не секрет ведь, что у молодых мам часто не хватает своего молока, приходится докармливать детишек коровьим или козьим молоком, использовать искусственные молочные смеси. Все это, конечно, несравнимо с женским грудным молоком, не заменяет его. Между тем проблема "скудной груди", если можно так сказать, разрастается чуть ли не до глобальных размеров. Какое же будущее ждет людей, если основной запас здоровья человек получает именно с материнским молоком? Не случайно Минздрав России недавно рекомендовал кормить детей грудью не до года, как было принято, а до двух лет.
Ну, словом, эта проблема не нова, как не новы и попытки ученых "очеловечить" коровье молоко, то есть приблизить его состав и качество к женскому. До сих пор эти попытки решающих успехов не давали, теперь вот, похоже, трансгенные технологии открывают новый и реальный путь к цели. Взгляните на таблицу белкового состава молока коровы и человека. Сразу видно, что белков-казеинов в коровьем молоке намного больше. Но для питания младенцев это хорошо: больше казеинов - больше кальция, столь нужного растущему организму. А вот белков из нижней половины таблицы в коровьем молоке явно недостает. Нетрудно заключить, что именно они создают настоящее качество грудного молока.
- Какие же проблемы предстоит решать исследователям?
- Одна из них, например, - переваривание белка бета-лактоглобулина, которого в коровьем молоке тоже намного больше, чем в женском, а он может вызывать аллергию у детей. Трансгенная техника позволяет модифицировать белок так, чтобы он стал безвредным. Или "нокаутировать" ген этого белка в молочной железе коровы, чтобы она вообще перестала его вырабатывать.
Другая проблема - белок альфа-лактальбумин. Он играет существенную роль в синтезе лактозы (молочного сахара), активирует его. А лактозу, как известно, большинство людей, особенно взрослых, воспринимает плохо, возникают нелады с кишечником и т. п. Своего рода антиподом альфа-лактальбумина является фермент бета-галактозидаза, который гидролизует (разрушает) лактозу. Но он у большинства людей синтезируется в незначительных количествах. Стало быть, нужно либо уменьшить, либо вовсе прекратить синтез альфа-лактальбумина или, с другой стороны, увеличить синтез галактозидазы. И то и другое можно сделать с помощью трансгенеза.
Изменить свойства коровьего молока может также фермент лизоцим. Его в женском молоке в 3000 раз больше, чем в коровьем, и роль он играет весьма значительную: подавляет активность бактерий и тем содействует укреплению иммунитета малышей. Ну, и так далее. Все эти проблемы и многие здесь не названные находятся в поле зрения ученых, активно исследуются и ждут своего часа для практического использования.
Больше других повезло лактоферрину. Это тоже молочный белок, он выполняет много функций, главной из которых является связывание и транспортировка в организме железа (на что, в частности, указывает и его название). Но не только. Как лизоцим, и вместе с ним, он активно борется с бактериями, вирусами и другой инфекцией в желудочно-кишечном тракте матери и ребенка, регулирует естественный иммунитет и даже замедляет рост опухолей и метастазов. Кроме того, он хорошо показал себя в качестве пищевой добавки в коровье молоко и в искусственные молочные смеси для кормления малышей.
Понятно, что интерес к лактоферрину во всем мире огромен, в последние годы (1992, 1995 и 1997) ему были посвящены три международные специализированные конференции - две научные и одна практичес кого характера, собравшая производителей препаратов на основе этого белка.
- Препаратов? Значит, лактоферрин уже производится и продается как лекарство?
- И как пищевая добавка.
Да, на его основе создано уже немало медицинских препаратов. Вот лишь один пример. В Московском научно-исследовательском онкологическом институте имени П. А. Герцена на основе лактоферрина из женского молока создан препарат Лапрот с очень широким диапазоном действия. Основное его назначение - противоопухолевое (он создан в онкологическом институте), но, кроме того, Лапрот оказался эффективен при лечении заболеваний глаз, полости рта, желудочно-кишечного тракта, бронхов, а также при воспалительных процессах на коже, при ожогах и трофических язвах. Мазь на его основе весьма действенна в лечении ревматоидных артритов. Сейчас Лапрот проходит клинические испытания.
Это, повторю, лишь один пример. Естественно, в мире немало фирм - и научных, и коммерческих - работают с лактоферрином. Мировой объем продаж достигает уже 5 миллиардов долларов в год. Но это не потому, что его много. Наоборот, его мало, но он очень дорог: грамм лактоферрина из коровьего молока стоит более 1000 долларов, а из молока человека - втрое дороже. Поэтому довольно остро стоит вопрос об удешевлении и увеличении его производства.
- И тут мы наконец раскроем "тайну" специализации голландского стада?
- Угадали. В 1990 году в Голландии родился бык по кличке Герман, который получил от трансгенной матери-коровы ген человечьего лактоферрина. Это был первенец - основатель стада, которое теперь насчитывает 200 коров, дающих вместе с молоком лактоферрин человека. Планируют довести численность этого стада до 2000 голов, с продукцией лактоферрина около 1 грамма в литре молока.
В Южной Корее первый бык, трансгенный по лактоферрину человека, получен только в 1996 году, так что он еще "маленький", и трансгенные коровы от него родятся, по-видимому, не раньше, чем через три года. Интересно, что в Южной Корее намерены получать лактоферрин человека не только от коров, но и от коз.
Еще интереснее, что в ряде стран ген лактоферрина человека пересаживают не только животным, но и растениям, например табаку, и он там работает, то есть производит этот молочный белок. Правда, цель тут не питание младенцев, а выведение растений, устойчивых к вирусным и бактериальным заболеваниям. Успешные опыты поставлены, например, в той же Южной Корее: на листьях трансгенного табака, куда вносили инфекцию, проявлялись лишь некоторые симптомы заболевания, а полная "клиническая" картина не складывалась и через месяц.
- Действительно, интересно: ген человека работает в растениях?! Но давайте вернемся к молоку. Кроме белков в нем есть и другие компоненты. Позволяют ли трансгенные технологии изменять их содержание в молоке?
- Да. Мы уже говорили о лактозе - молочном сахаре. Что касается молочного жира, то есть работы, показывающие возможность воздействовать на скорость его синтеза в молочной железе, - например, за счет удаления гена фермента ацетил-КоА. Но тут важно соблюдать меру, чтобы не слишком уменьшить содержание жирных кислот в молоке: жир ведь источник энергии для синтеза самого молока. С другой стороны, есть предположение, что природу молока можно изменить с помощью гена фермента 12-дезатура зы: в этом случае в молоке будет больше незаменимой линолевой кислоты, которая в животных организмах не синтезируется и должна поступать с пищей.
Стоит упомянуть еще об иммуноглобулинах (антителах), которые усиливают иммунитет новорожденных. В женском молоке, особенно в молозиве, их больше и они функционально другие, чем в коровьем. Так ген иммуноглобулина вместе с генами других белков женского молока можно ввести в общую трансгенную конструкцию и потом эту конструкцию встроить в молочную железу коровы.
- Ранее вы говорили, что работа, производительность трансгена зависят от места, куда он встроен, и от количества копий этого гена. Так?
- Так полагали раньше. А потом оказалось, что экспрессия гена (так генетики называют работу генов - производство закодированных продуктов) зависит от структурной организации генома, от позиции, в которой трансген окажется, и совсем не зависит от количества копий его, введенных в этот геном.
Причины этих явлений назвать сейчас трудно, ибо изучены они очень мало. Но уже известно, например, что ген хорошо работает, если оказывается в некоей изоляции от среды, в своего рода мини-домене, и найдена возможность устраивать ему такую изоляцию - скажем, с помощью так называемых mar-элементов (matzix attachment regions). Эти элементы "умеют" прикрепляться к ядерному матриксу (клеточной среде, окружающей ее внутренние образования) и служат границей мини-домена, в котором трансген, как в капсуле, становится как бы независимой единицей. И работает - экспрессирует то, что в нем закодировано.
Кроме mar-элементов появились и другие генетические конструкции, позволяющие обеспечить независимость экспрессии гена от его положения. Здесь важно, чтобы такая конструкция содержала все регуляторные элементы, необходимые для точной и полной экспрессии.
Одна из подобных конструкций - так называемые ЯКи (YACs), это искусственные дрожжевые хромосомы. В них соединяют цепочки ДНК дрожжевые и бактериальные, чтобы в итоге получилась нормальная "природная" хромосома. Ее особенность - большие размеры, она может нести до двух миллионов пар нуклеотидов (звеньев цепи ДНК). В такую хромосому-базу можно встраивать не один, а несколько трансгенов и изучать на ней их взаимодействие, особенности регулирования и т. п. Более того, дрожжевые хромосомы можно использовать в качестве трансгенов для получения трансгенных сельскохозяйственных животных. Первое такое животное - кролик - уже получено.
Можно, по-видимому, применять эти конструкции и для "очеловечивания" коровьего молока. Такая процедура может, вероятно, пройти в два этапа. Сначала одна конструкция с искусственной дрожжевой хромосомой будет использована для получения трансгенной коровы с "нокаутированным" геном бета-лактоглобу лина (белок, вызывающий аллергию). Затем потомству этой первой коровы введут вторую конструкцию YAC с генами белков молока человека. В результате появится дважды трансгенная корова, которая и будет давать "человечье" молоко.
Но до этого еще надо дойти, пока же есть только опыт получения дважды трансгенных мышей.
- И путь пройденный отличается от пути предстоящего, как мышь от коровы?
- Да нет, масштабы значительно сближены. Конечно, с мышами работать легче, получать трансгенных коров и труднее, и дороже. Тем не менее все основные, принципиальные вопросы трансгенеза успешно решены, и, хотя работы впереди действительно очень много, те экспериментальные стада трансгенных животных, о которых мы говорили, существуют реально.
Тут, правда, стоит отметить немалую заслугу предпринимателей, их поразительную активность. Едва появились первые сообщения о бычке с геном лактоферрина человека, как сразу же, не дожидаясь результатов экспрессии этого гена в молоке коров, стали разводить потомство этого бычка, и дочери его пошли на продажу, причем по большой цене.
- Рискуют?
- В бизнесе, насколько я могу судить, это обычное дело. Но здесь, опять-таки на мой взгляд, риск был вполне оправдан: ну, не получилось бы трансгенное стадо, осталось бы обычное. Но - получилось! И потомство того бычка уже есть во многих странах. Правда, большинство этих животных работают на фармацевти ческую промышленность, то есть производят молоко с лекарственными препаратами или с сырьем для них.
Что же касается пищевых молочных продуктов от трансгенных животных, то тут дело обстоит посложнее. Производство ведь еще в самом начале, да и научных основ еще не хватает, чтобы развернуться пошире. Мало знает и население: нет рекламы - нет и спроса. А если кто-то что-то и слышал, то по обыкновению опасается нового, неизвестного. Опасаться же совершенно нет оснований: используются естественные гены естественных молочных белков, экспрессируют гены там, где и предназначено природой, - в молочной железе, то есть в вымени коровы, и к тому же трансгенные белки регулярно выводятся из вымени вместе с молоком. Все это гарантирует здоровье животных, а значит, и качество их молока.
Иное дело, если трансгены кодируют белки плейотропного (множественного) действия - гормоны, ферменты, которые влияют не только на качество молока, но и на несколько других свойств организма. Тут могут возникнуть проблемы со здоровьем трансгенных животных. Да и молоко их в таких случаях предназначается только для фармацевтических целей.
- Итак, Леонид Сергеевич, трансгенез как научное направление развивается успешно и помаленьку выходит в общественную практику - обрастает не только научными, но и производственными, и даже коммерческими учреждениями, к каким, наверное, можно по определению отнести и Трансгенбанк, в котором вы - главный эксперт? Или это скорее банк данных типа компьютерного?
- А вот судите сами. Как всякий банк, наш тоже хранитель ценностей: принимает вклады - только не деньги, а гены; вместо чековой или сберегательной книжки наши вкладчики получают сертификат, который обеспечивает им защиту авторских и других юридических прав; а вместо процентов они имеют льготы при получении, обмене или продаже генетического материала.
- Все-таки коммерческая деятельность имеет место?
- Ну, в какой-то мере - банк все-таки. Да и жить на что-то надо. Но главные задачи, разумеется, научные: концентрация, хранение, репродуцирование генов, изучение, систематизация генетического материала и т. п.
Создан Трансгенбанк в 1995 году при нашем Институте биологии гена Российской академии наук, но сфера его деятельности охватывает всю Россию и даже начинает распространяться за ее пределы.
Руководит банком научный совет, председатель его - наш директор академик Г. Георгиев, а члены - ведущие российские биологи: Р. Петров, вице-президент РАН, В. Дебабов, Е. Свердлов, Л. Эрнст, Г. Муромцев и другие. Их участие обеспечивает банку и высокий научный уровень, и многочисленные тесные связи с коллегами по всему миру, и объединение усилий, кооперацию с ними ради дальнейшего развития трансгенеза, который обещает стать в XXI веке главным направлением биотехнологии.
