ТРАНСГЕННЫЙ ЧЕЛОВЕК

Mutantur tempora et nos mutamur in illis* (Mathias Borbonius)

* p> "Времена меняются, а мы мутируем вместе с ними"

Зачем нужно искусственно фабриковать человека,

если любая баба его может родить когда угодно?!?

(М.А. Булгаков "Собачье сердце")

При возникновении любой планеты и жизни на ней существует несколько ключевых моментов. Один из самых главных - это образование конструкционного материала. В процессе ядерного синтеза внутри звезд из водорода рождаются все химические элементы (азот, кислород, углерод, кальций, кремний, железо и т.д.), из которых позже создаются планеты и всё, что находится во вселенной. Но этот материал, находясь внутри звезды, остаётся бесполезным до тех пор, пока она не взрывается, таким образом высвобождая элементы в космическое пространство.

Материя, из которой мы состоим, и из которой состоит все, что нас окружает, была когда-то разогрета до десятков миллионов градусов. Каждый атом нашего тела когда-то был в составе звезды, поэтому мы, совершенно обоснованно, можем называть себя детьми звезд...

Звездное вещество, выброшенное в космос, постепенно остывает. При этом атомы обрастают электронной оболочкой, образуют межатомные соединения, а газопылевые туманности остывшей плазмы конденсируются с твердыми телами, формируя зародыши планет.

Остывание плазмы является ключевым моментом не только для планетогенеза, но и для возникновения жизни. Если мы будем двигаться вниз по шкале космических температур, которая измеряется миллионами градусов, то недалеко от абсолютного нуля (- 273,15? С), в пределах нескольких тысяч градусов, можно наблюдать температурозависимый переход от хаоса к порядку: образование первых термически устойчивых атомарных соединений - оксидов.

Оксиды сыграли главную роль в планетогенезе и стали точкой отсчета молекулярной эволюции, занимая центральное место в биогенезе. Например, оксиды металлов образуют твердую поверхность планеты - литосферу (камень), оксид фосфора (фосфорная кислота) входит в состав ДНК, мембраны клетки, скелета, АТФ и т.д., а оксид водорода (вода) стал основой формирования жизни.

После оксидов, с каждым падением температуры, наблюдается образование всё большего количества устойчивых соединений. В результате фотохимических и электрохимических процессов звёздная материя породила широкое разнообразие молекул, отличающихся по составу и сложности организации атомарного скелета, включая те, из которых строится современная жизнь.

Когда температура снижается настолько, что молекулы могут "слипаться" в макромолекулы и полимеры, а раскаленный водяной пар конденсируется, образуя океаны (процесс сравнимый с обратным выкипанием чайника), наступает самый интересный этап - эволюция полимеров, которая, начавшись более 3х млрд. лет назад, продолжается по сей день.

Химическая эволюция - процесс обратимый, т.е. если мы будем разогревать эту планету до нескольких тысяч градусов, то с ростом температуры можно наблюдать разрушение макромолекул, выкипание океанов, постепенное уменьшение видов устойчивых соединений, и через термический распад оксидов мы выйдем к первоначальному состоянию материи, с которого всё и началось...

Температурный промежуток, который позволяет воде быть в жидком состоянии, находится всего лишь в нескольких сотнях градусов от абсолютного нуля и называется "температурным коридором жизни". В шкале космических температур его можно охарактеризовать как "без одной секунды полное замерзание материи". Наиболее ярко это явление представлено в произведении Станислава Лема "Правда". В отличие от "коридора Лема", который логически не имеет верхнего предела и может длиться сотни миллионов градусов, верхняя граница нашего "коридора" обусловлена жидкой фазой воды и термочувствительными водородными связями, которые удерживают структуру ДНК и белков.

Чтобы понять значение полимеров для формирования жизни достаточно взглянуть на их структуру. Имея свободу межатомного вращения эти гигантские линейные молекулы (под воздействием температуры, ионного окружения или рН воды) могут изгибаться и сворачиваться, принимая разнообразные трехмерные формы. Более удобно это явление можно представить на примере головоломки "змейка", в которой из линейной фигуры можно создать "шахматного коня", "кобру", "шарик" и т.д. А если эта "молекулярная змейка" имеет еще и боковые полярные группы, то, захватывая ими другие молекулы при сгибании, такой полимер может совершать работу: переносить молекулу из одного места в другое, разрывать её или сшивать с другой. Когда условия возвращаются в предыдущее состояние, молекула полимера принимает исходную форму и снова готова к работе. Фактически эти макромолекулы являются своеобразными машинами, роботами, которые совершают автоматическую работу в ответ на изменения в физических условиях. В настоящее время их называют белками, ферментами, рибозимами, катализаторами и т.д. Принимая разнообразные формы и катализируя синтез и распад, они стали основными кирпичиками трехмерной жизни и причиной доминирования одних молекул над другими. Образно выражаясь, мы являемся "трехмерным ребусом из полимеров" (все белки, РНК, ДНК и т.д, составляющие наше тело, являются линейными полимерами).

Ключевым моментом эволюции полимеров является их объединение в макромолекулярные комплексы (клетки) и формирование универсального генетического кода, с помощью которого записываются программы их сборки (гены). Не смотря на то, что клетка и все многоклеточные организмы, включая человека, считаются "живыми", они являются 100-процентными механизмами - самокопирующимися нанотехнологическими фабриками, в которых миллиарды молекулярных роботов совершают согласованную работу. В качестве наиболее ярких примеров таких механизмов можно привести калиево-натриевые насосы, которые переносят через мембрану два иона калия в обмен на три иона натрия; турбины митохондриальных АТФаз, вращающиеся под давлением потока протонов, при этом синтезируя АТФ; ДНК-полимеразы, копирующие ДНК со скоростью около тысячи нуклеотидов в минуту...

С момента возникновения генетического кода полимерная эволюция приобретает мутационный характер. Поскольку поток информации идет от гена к белку, то изменения в ДНК (мутации) прямо отражаются на составе белка, его механических свойствах и функциях в клетке. Таким образом, рождаются новые молекулярные механизмы, новые "признаки". А поскольку ДНК мутирует постоянно (из-за ошибок при копировании, механических повреждений, радиации, ультрафиолета, химических и вирусных атак (даже обычная вода является мутагеном!)), то мутацию можно считать "вечным двигателем" полимерной эволюции.

Мутации и непроницаемость мембраны клетки (главный "забор" межвидового барьера) стали основной причиной всего того многообразия молекулярных механизмов и форм жизни, которые можно наблюдать в данный момент.

Как следствие, всё многообразие жизни от вирусов и бактерий до человека строится из одного и того же материала, записывается с помощью 4-х значного универсального языка и функционирует на основе одних и тех же принципов...

20-й век ознаменовался целым рядом научных открытий, которые в корне изменили направление развития цивилизации. Была раскрыта структура ДНК и расшифрован генетический язык, обнаружены способы разрезания и сшивания ДНК в нужных последовательностях, а также методы переноса ДНК через мембрану. В итоге, в конце 20го века появились первые трансгенные организмы несущие "инородные" гены.

Сегодня, когда основные процессы генетических исследований автоматизированы, генная трансформация из научного подвига превратилась в рутинную работу, а межвидовой барьер перестал быть препятствием. Как показала практика, можно взять любой ген из любого организма и встроить его в любой организм. В результате высшие организмы несут гены низших (напр., Bt-растения несут ген токсина бактерии Bacillus turingiensis, который убивает личинки насекомых) и наоборот, низшие организмы несут гены высших (напр., бактерии и дрожжи синтезируют белковые полимеры человека: гормон роста, интерферон, инсулин и т.д.)

Иными словами, то, что природа может создать в течение миллионов лет мутаций, в современной лаборатории создается за несколько дней. Поэтому 20-й век стал точкой отсчета нового этапа эволюции полимеров - искусственной эволюции, направляемой волей и разумом человека. В настоящее время генная инженерия и другие нанотехнологии развиваются настолько быстро, что любая фантастика в ближайшем будущем может оказаться реальностью: начиная от "зоопарка юрского периода" Майкла Крайтона и заканчивая разумной средой обитания "Нанотех" Александра Лазаревича.

Но, не смотря на то, что межвидовой барьер перестал быть препятствием, не трудно заметить, что трансформации могут затрагивать любой организм кроме человека, генетические эксперименты над человеком и его половыми клетками запрещены. Это табу большей частью обусловлено не бессилием технологий, а предрассудками и морально-этическими проблемами.

Долгое время человек считался вершиной эволюции, совершенным творением, созданным по образу и подобию бога. Но с развитием науки и накоплением данных этот миф постепенно развеялся. Метаболические недостатки и болезни сложились в многотомные энциклопедии и поставили под вопрос совершенство человека... Кроме того, из богоподобного создания он стал обезьяноподобным мутантом, который является не вершиной, а всего лишь звеном в цепи бесконечных мутаций...

О скорости "двигателя эволюции" можно судить по следующим фактам.

За 24 часа клетка может накапливать больше тысячи неисправленных мутаций, а это говорит о том, что генетически мы уже не те кроманьонцы, которые появились 100 000 лет назад, а наши потомки уже не будут точной копией нас.

Из 3-х млрд. нуклеотидов, составляющих ДНК человека, кодирующими являются только 2-3%, а все остальные считаются "генетическим балластом", поэтому из-за такой низкой плотности генов большая часть мутаций является "молчащей" и не отображается на функциях организма. Но те, которые затрагивают кодирующие последовательности в основном либо летальны, либо приводят к тяжелым генетическим дефектам (напр., в результате мутаций приблизительно 48% эмбрионов умирает еще до проявления первых признаков беременности).

Тем не менее, спустя сотни тысяч лет такой жестокой "перетасовки" нуклеотидов, молчащие мутации могут "заговорить" сложившись в новый ген, новый положительный признак...

Как мы видим генетическое изменение вида homo sapiens неизбежно. При этом, учитывая его сущность, совершенно очевидно, что, обладая подобными знаниями и технологиями, он не будет ждать тысячи лет (это миллиарды рождений и смертей), пока природа исправит свои "ошибки" или "подарит" новый признак. Человек сделает это сам. Поэтому проблема заключается не в том, что "будет ли человек трансгенным или нет?" (рано или поздно это произойдет), а в том, "каким он будет, какими свойствами будет обладать?"...

С давних пор идея изменения собственной природы будоражила воображение человека - это можно проследить начиная от пантеона египетских богов (бессмертных зверолюдей) и заканчивая современной фантастикой. В основном эти "изменения" отображают внутренние желания или проблемы людей. Поэтому чтобы нарисовать набросок трансгенного человека необходимо обратить внимание на те проблемы, с которыми встретится человечество в ближайшем будущем:

Старение. Исходя из того, что средняя продолжительность жизни homo sapiens составляет 70 лет, то по "грубому подсчету" через 50 лет из-за процесса старения и связанных с ним болезней (сердечно-сосудистые заболевания, рак и т.д.) 6 млрд. людей, населяющих эту планету, будут разобраны на "низкомолекулярный фарш" (что, в сущности, и является смертью, в отличие от высокомолекулярной "полимерной" жизни). А те, которые только что родились, через 50 лет уже будут на пороге старости. Конечно же, этот подсчет не верен: он не учитывает ухудшение экологической обстановки, увеличения стресса при современных темпах жизни, снижения иммунитета с возрастом (т.е. подверженность вирусным инфекциям, которые "не связаны со старением") и т.д. В реальности же это число будет намного больше. Так вот, если даже взять этот "грубый" подсчет, то количество жертв Второй мировой войны по сравнению с ним покажется числом жертв небольшой автомобильной аварии...

Если вдруг человечество решит избавиться от такой головной боли, то рано или поздно ему придется внедриться в свой геном и исправить ход "митотических часов" клетки: путем встройки индуцируемой теломеразы; замедления метаболизма и полового созревания (Иван Ефремов "Час Быка"); или "управляемого" рака (Александр Лазаревич "Звездолет 1").

Проблема информации. Развитие цивилизации сопровождается неизбежным накоплением информации. Т.е. для того, чтобы соответствовать уровню цивилизации ("цивилизованности"), человек должен знать и уметь всё больше и больше, а это подразумевает увеличение сроков образования... Бернард Шоу в своей философской драме "Назад к Мафусаилу" сказал следующее: для того чтобы люди стали действительно разумными и не повторяли ошибок предыдущих поколений, необходимо продлить сроки их жизни до 300 лет, до "мафусаилова века"... Учитывая, что скорость восприятия информации сенсорными системами относительно постоянна, а объем информации с развитием цивилизации неумолимо растет, то такой экстенсивный метод решения проблемы кажется наиболее оптимальным. Но кроме него существует и интенсивный метод - путем увеличения объемов памяти (объемов мозга), увеличения скорости запоминания и реагирования нейронов. В любом из этих случаев необходима генетическая трансформация.

Болезни. С момента появления вакцины Дженнера в иммунологии произошли качественные изменения. Генная инженерия предоставила целый ряд решений, начиная от "поливалентных", "живых" и "ДНК" вакцин до трансгенных овощей, при поедании которых стимулируется иммунный ответ. Но, не смотря на эти достижения, многие вирусы "обходят" систему защиты организма и "не поддаются укрощению" вакцинами. Основная причина - высокая скорость мутаций из-за большого количества ошибок допускаемых при копировании генетической информации вируса. Иными словами ученые пока не могут создать универсальную вакцину от ГРИППа только потому, что он постоянно меняет свою поверхность, а скорость мутации ВИЧ (возбудителя СПИДа), по данным некоторых лабораторий, превышает скорость мутации гриппа в 65 раз(!). Угроза СПИДа для человечества (более актуальная, чем угроза 3-ей мировой войны) усугубляется еще и тем, что, имея такую скорость мутации, ВИЧ может приобрести новый способ распространения: воздушно-капельный путь или с кровососущими насекомыми...

Многие фантасты касаются проблемы болезней в будущем: например в произведениях братьев Стругацких очень часто упоминается подразновидность искусственного иммунитета "биоблокада", который достигался путем внедрения в кровяное русло специальной бактерии... Если объединить фантазию Стругацких и современные технологии, то можно создать внешний искусственный иммунитет. Такая "внешняя биоблокада" могла бы выглядеть следующим образом: генетически смоделированные бактерии, копируя свойства человеческого иммунитета (или работая на несколько иных принципах), обнаруживают и уничтожают патогенные для человека микроорганизмы, таким образом, снижая риск заражения; либо создание специальных вирусов, нацеленных на уничтожение болезнетворных бактерий и т.д.

Но кроме "индуцированного вакцинами кровяного" и "фантастического внешнего" иммунитета может существовать еще одна подразновидность - внутриклеточный иммунитет, который встречается у растений и бактерий.

Технически это может выглядеть приблизительно так: известно, что микро-РНК, являясь "антисмылом" к матричной (м-)РНК, может прикрепляться к комплементарным последовательностям м-РНК и тем самым блокировать синтез белка с неё (трансляция), либо приводить к её деградации. Таким образом, человек со встроеными "микрогенами", которые являются антисмыслами к м-РНК самых вредных вирусов, будет обладать врожденным внутриклеточным иммунитетом. Т.е. даже если вирус проникнет в клетку, он не сможет там размножаться. С помощью такой генетической модификации многие вирусные заболевания, включая СПИД*, могут уйти в Лету вслед за оспой...

(* Несмотря на то, что ВИЧ мутирует с огромной скоростью, в основном эти изменения отображаются на внешней поверхности, которая выставляется "напоказ" для иммунной системы и вариабельность которой позволяет ему избежать иммунного ответа. При этом некоторые геномные последовательности вируса остаются неизменными (консервативными), например, те, которые ответственны за сборку тела вируса или сборку доменов его функциональных белков (ревертазы, белков запускающих "каскады" считывания генов и т.п.), поэтому мутации по консервативным участкам для него летальны. Если высчитать эти последовательности и создать "нацеленные" на них микро-РНК, то, разместив данные "микрогены" под влиянием промотора CD4 (или другого специфичного промотора), можно защитить Т-хэлперы и другие клетки с данным детерминантом от повреждения ВИЧем).

Конечно же, техническое осуществление "внутриклеточного" иммунитета может быть и другим, но так или иначе это потребует внедрения в геном.

Продовольственная проблема. Территориальный кризис, который особенно остро стал ощущаться в 20-ом веке (сопровождаясь двумя мировыми войнами), тесно связан с пищевой проблемой. Дело в том, что с момента возникновения сельского хозяйства прошло тысячи лет, но способ добывания пищи существенно не изменился - всё так же вспахивается почва и всё так же вскармливаются домашние животные, корм для которых, опять же, выращивается на земле. А поскольку еда является не только источником энергии, но и конструкционным материалом, из которого строится организм, то количество людей на планете непосредственно связано с площадью посевных территорий и количеством производимой на них биомассы. Не смотря на то, что этот способ добывания пищи "проверен веками", с увеличением темпов роста населения и постепенным сокращением посевных территорий (из-за их интенсивного использования), он становится всё менее надёжным. Небольшого климатического сдвига или нескольких экологических катастроф (наподобие Аральской и Чернобыльской) достаточно, чтобы вывести из севооборота огромные территории и сократить население планеты в несколько раз...

Проблема пищевого и территориального кризиса затрагивается многими социальными фантастами середины 20го века. В их произведениях можно увидеть целый ряд решений, начиная с "перетекания" сельского хозяйства в океан (из-за более быстрого возобновления биомассы, чем на земле) и заканчивая наиболее часто встречаемой рациональной схемой: электричество от солнечных батарей (или другого возобновляемого источника энергии) подается на биохимические фабрики, где из простейших соединений создается еда (напр. "Инстинкт?" Севера Гансовского). Но появление генной инженерии предоставило совершенно новые пути решения продовольственной проблемы: увеличение биомассы сейчас достигается за счет трансгенных растений, которые устойчивы к засухе, болезням, гербицидам и насекомым, способны расти на токсичных почвах (с повышенной концентрацией ионов алюминия) и т.д.

Кроме этого, генная инженерия может предоставить совершенно иной, более "фантастичный" выход из надвигающегося продовольственного кризиса. Чтобы понять его преимущества необходимо на время забыть о тех "пищевых схемах", которые встречаются в фантастике...

...Болезнь крестоносцев, моряков и сибиряков, она же цинга, унесла тысячи человеческих жизней. Её причина - недостаток в рационе аскорбиновой кислоты (витамин С), которая разлагается при длительном хранении продуктов. Но на самом деле её причина намного глубже. Многие организмы способны синтезировать аскорбиновую кислоту самостоятельно. Но у фруктовой летучей мыши, гориллы, морской свинки и человека в процессе мутаций был утрачен ген, кодирующий четвертый фермент в биосинтетическом пути "от глюкозы до аскорбата". Т.е., если "вернуть этот четвертый фермент на место", то человек может навсегда избавиться от аскорбиновой зависимости...

В целом, пищевая зависимость человека заключается именно в том, что его организм не может создавать ряд молекул, из которых он строится. Это обусловлено отсутствием соответствующих синтетических механизмов (ферментов). Из 20 аминокислот только половина может синтезироваться в клетке (из продуктов распада глюкозы), а все остальные "незаменимые" должны присутствовать в рационе, иначе это приводит к тяжелым заболеваниям (напр. в США с 1912г. по 1916г. от пеллагры, вызванной низким содержанием триптофана в еде, умерло 10 000 человек). Поэтому, чтобы восполнить этот метаболический недостаток он вынужден поедать те организмы, которые способны создавать эти вещества. Но вместо того, чтобы "выращивать, убивать и есть", человек может выделить гены необходимых ферментов и встроить в свой геном... И таким образом сузить свои пищевые требования до глюкозы. При особом желании можно даже встроить в кожу систему фотосинтеза путем переноса генов уже "готовых" фотосинтетических моделей, либо путем создания абсолютно новой, "искусственной" системы фиксации углекислого газа. Такой трансгенный организм мог бы создавать всё необходимое для построения своего тела из окружающих газов, воды и солнечного света. В этом аспекте поговорка "солнце, воздух и вода - наши лучшие друзья" приобретает совершенно иной смысл.

Иными словами: зачем строить "био"нанотехнологические фабрики где-то, если их можно разместить внутри каждого...

Подобные генетические модификации позволили бы не только избавиться от территориальной зависимости, но и от скученности населения. Единственный недостаток такого человека - это то, что его невозможно заставить работать под страхом голодной смерти ;).

Психологические проблемы

Если отпустить вожжи фантазии и объединить всё вышеперечисленное, то на горизонте нанотехнологического будущего можно увидеть очертания трансгенного человека: автономный организм с неограниченным сроком жизни, способный жить на суше и в воде, обладающий врожденным иммунитетом ко всем болезням, имеющий высокую скорость восприятия информации и большие объемы памяти и т.д., но(!)

...из-за того, что генетические модификации могут повлиять на внутриядерную упаковку ДНК и экспрессию генов, а также на организацию внутриклеточного скелета и взаимодействие клеток друг с другом, то это может отразиться на форме многоклеточного организма.

Иными словами: трансгенные люди будущего могут быть похожими... отдаленно похожими... либо вообще не похожими на современного человека...

Т.е. однажды люди могут стать перед выбором: либо измениться внешне, при этом жить бесконечно долго и, таким образом, получить все знания вселенной, либо остаться такими как сейчас и довольствоваться обычными земными радостями в течении своих 70-ти лет.

По иронии судьбы они могут выглядеть именно так, как наиболее часто "ксенофобичная" фантастика или уфология описывает пришельцев: антропоморфные(!) зеленые (фотосинтез?) существа с большой головой (увеличенный объем памяти?), которые всё никак не могут завоевать Землю...

Но поскольку человечество до сих пор не ответило на свой актуальный вопрос, а именно: какая форма носа, цвет кожи и разрез глаз предоставляет интеллектуальные преимущества, то ни о какой генетической трансформации не может быть и речи. Иначе это породит массу проблем, которые можно увидеть в х/ф "Бегущий по лезвию", "Враг мой", "Люди Х", "Гаттака" и т.д...

...И вообще... "зачем искусственно фабриковать человека", если естественный способ его производства намного проще, быстрее и приятнее? Да и мозгой напрягаться не надо...

К сожалению, генная инженерия пока не может решить проблемы невежества людей. Поэтому пришествие "трансгенных пришельцев" откладывается на неопределенные сроки.

Но вполне возможно, что в 21 веке мы можем стать свидетелями самого знаменательного события в истории цивилизации:

искусственное созидание человека человеком

по своему замыслу, образу и подобию.

Сказка написана творческим объединением

"homo sapiens' brain production"

to_hsbp@ukr.net

Фу Мэй 2008 В.С.