Молоко трансгенной коровы: это так естественно!

Для создания новой породы, полностью сохраняющей признаки прародителя, потребовались бы десятилетия обычной селекционной работы. Такой способ использовали, например, английские коннозаводчики еще в конце XVII века. Арабы, желая сохранить монополию на свою знаменитую породу лошадей, продавали на экспорт только жеребцов. Но хитроумные ференги подводили к чистопородным арабским скакунам сначала своих английских кобыл, потом — их дочерей, потом — внучек, в которых было уже три четверти арабской крови... Так они получили собственную породу практически чистокровных арабских лошадей.

Один бык, даже если он — жемчужина среди быков, с такой задачей не справится. Поэтому ученые из техасского университета A&M решили наклонировать небольшое стадо точных копий Быка-86 и с их помощью вывести новую породу. Первого теленка назвали в честь «папы»: Бык-862.

Бифштексы, даже приготовленные на одной и той же сковородке из животных одного и того же стада, могут заметно различаться по вкусу. К сожалению, самих животных к этому времени уже невозможно использовать для селекции. Американская фирма Viagen занимается именно этим — с помощью анализа ДНК определяет качество мяса для самых дорогих ресторанов и сохраняет на племя самых вкусных свиней и коров. У будущего бифштекса отрезают кончик хвоста, вешают на него бирку и замораживают в жидком азоте. Потом гурманы-дегустаторы выбирают самые вкусные из бифштексов, а соответствующие пробирки с бирками оставляют как источник ядер для будущих клонов. Лет через двадцать можно будет получить породы животных с идеальным (и стандартным) мясом.

Но клонирование до сих пор — дело тонкое и дорогостоящее. При таком эксперименте приходится заменять ядрами клеток клонируемого животного ядра нескольких сотен яйцеклеток и вводить их в матки самок с искусственно вызванной (уколами гормонов или спариванием со стерильным самцом) ложной беременностью. Коровам и лошадям вводят по одной-две яйцеклетки, собакам и свиньям — до десяти, в зависимости от обычного числа зародышей при беременности. Из двух-трех сотен «прооперированных» яйцеклеток рождаются живыми и не умирают вскоре после рождения один щенок или жеребенок или пять-семь поросят.

А главное — клонированием при выведении новых пород можно добиться не больше, чем обычной селекцией. Зато с помощью генной инженерии...

Первое, что приходит в голову, — а давайте сделаем корову или свинью размером со слона! Или хотя бы с бегемота! На мышах (еще в начале 1980-х) все получилось отлично: мыши с более активным крысиным геном гормона роста вырастали в два раза крупнее своих обычных родственников. Но у кроликов с тем же крысиным геном начиналось что-то вроде акромегалии: челюсти у них разрастались, как у бульдога, лапы становились мощными, а вес и скорость роста не изменялись. Свиньи с человеческим гормоном роста тоже не стали крупнее — зато оказались менее жирными и более мускулистыми, так что в целом эксперимент можно считать удачным. В другом опыте, менее удачном, свиньи быстрее прибавляли в весе — зато болели целой кучей разных болезней.

А вот у рыб идея блестяще себя оправдала. Один из первых, тоже в 1980-х годах, успешный эксперимент провела фирма AquaBounty из штата Массачусетс. В икринки атлантического лосося ввели конструкцию из: промотора гена антифризного белка бельдюги (он дает команду «начать копирование» при любой температуре); освобожденной от лишних последовательностей нуклеотидов ДНК собственного гена гормона роста (за счет этого процесс копирования ДНК на РНК ускоряется и облегчается); и концевой последовательности, снова взятой от гена бельдюжьего антифриза. Получился ген, синтезирующий очень много гормона роста и работающий круглый год, а не только в теплые месяцы, как у большинства рыб. Трансгенные лососи за год выросли в 11 раз (!) крупнее своих обычных родственников. А сейчас в прудах AquaBounty живут и гигантские форели, тиляпии, палтусы и другие рыбы.

Но животные и рыбы, страдающие гигантизмом (или, например, овцы с мышиным геном, повысившим скорость роста шерсти), выгодны для производителей, а не для покупателей. А вот на устойчивых к болезням коровах, курах и других источниках полноценного белка мы могли бы сэкономить: болезни домашних животных обходятся нам с вами в 20% стоимости продуктов!

Покупатель платит не только за мясо или яйца, но и за прививки, лекарства, профилактическое скармливание животным лошадиных доз антибиотиков (что совсем не полезно для потребителей), за работу ветеринаров и за потери от падежа и профилактического забоя здоровых животных.

О птичьем гриппе вы, конечно, слышали. Неизвестно, случится ли когда-нибудь пандемия курино-человеческого гриппа-мутанта, которой нам давно угрожают эпидемиологи, но потери птицеводов всего мира от птичьего гриппа — цифра со страшным количеством нулей. Осенью 2005 года ученые из Кембриджского университета и Рослинского института (того самого, где родилась овечка Долли), начали выводить «гриппостойкую» породу кур. Для этого они собираются ввести в ДНК птиц фрагменты ДНК оболочки вируса. Если все пройдет удачно, вирус, наткнувшись на собственную ДНК в оболочке клетки, не сумеет проникнуть в нее.

Потери от мастита (воспаления вымени) у коров только в США составляют более двух миллиардов долларов в год. Включая то, что в четверти случаев болезнь не поддается лечению и животных приходится забивать, и не считая того, что мастит часто протекает в слабовыраженной форме, а от зараженного молока могут заболеть люди. Самая частая причина мастита — золотистый стафилококк. А его близкий родственник, Staphylococcus simulans, продуцирует антибиотик лизостафин, против которого S. aureus бессилен. Весной 2005 года группа ученых из нескольких американских фирм и исследовательских центров под руководством Роберта Уолла опубликовала результаты своих многолетних трудов: им удалось вырастить троих коров, в вымени которых синтезируется лизостафин. Действует он на работу одной из ферментных систем, которая существует только у золотистого стафилококка, так что две другие из главных причин мастита — обычная кишечная палочка и микроб по имени Streptococcus uberis — могут вызвать мастит у лизостафиновых коров. Но эти бактерии намного лучше поддаются лечению антибиотиками, да и на них можно со временем найти подходящий ген.

Устойчивость к заболеваниям — одно из основных направлений работы генных инженеров с сельскохозяйственными животными. Например, все попытки создать вакцину от вируса лейкоза, которым заражены около 20% коров во всем мире, закончились неудачей. Устойчивых к этому вирусу кроликов уже вывели, так что не болеющих лейкозом коров можно ожидать через несколько лет. Ведутся работы по созданию свиней, устойчивых к гриппу, овец, устойчивых к овечьей вертячке, коров, не содержащих опасных для человека прионов, и даже креветок, устойчивых к своим креветочьим болезням. И техасская фирма ViaGen, которая держит их в экспериментальном садке, и морские «фермеры» (а разведение креветок — прибыльный бизнес) ждут только разрешения многочисленных комитетов. Как и все остальные разработчики трансгенных животных и многие фермеры.

Больше всего в коровьем молоке (раз в десять больше, чем в женском) содержится казеинов — сходных по свойствам белков. Для производства сыра важнее всего каппа-казеин, причем лучше всего сыр получается из молока коров с определенными вариантами генов, кодирующих этот белок. Проект «Чеддер» — работы по созданию «сырных» пород коров — английские ученые начали в середине 1990-х.

Для изготовления сыра необходим животный фермент реннин, или химозин, который содержится в сычуге (четвертом отделе желудка) телят, ягнят и других жвачных животных, пока они питаются молоком. Этот фермент в кислой среде (в желудочном соке или в сквашенном молоке) разделяет молоко на творожистую массу, в которой содержится большая часть белков и жиров, и сыворотку, в которой остается вода, большая часть лактозы и немного белков.

Сушеный порошок из слизистой оболочки желудка грудных телят с середины прошлого века начали заменять протеиназами, полученными из плесневых грибов рода Mucor. В 1980-х ген, кодирующий натуральный животный химозин, встроили в любимый объект микробиологов и генных инженеров — кишечную палочку Escherichia coli. Сейчас желудками телят и козлят пользуются только там, где сохранилось натуральное хозяйство и сыр продолжают готовить в домашних условиях. Но и генноинженерному химозину подрастает смена.

Ген, кодирующий химозин, в клетках вымени тоже есть — только он заблокирован, а разблокировать такие гены — задача слишком сложная. Проще вставить новый. Первые в мире овцы с коровьим химозином в вымени родились в 1995 году — во Всероссийском НИИ животноводства. При скисании молока их пра-пра-правнучек творожный сгусток образуется сам собой, а дальше сыр можно делать по любой из традиционных технологий. Правда, съедать его приходится самим сотрудникам института.

В коровьем молоке содержится идеальная для роста костей пропорция фосфора и кальция. Питательных веществ в нем в 3—5 раз больше, чем в женском: в 1 литре по 30—35 г белков и жиров и 50 г сахара — лактозы.

У многих взрослых людей фермент лактаза не вырабатывается, и от молока в кишках у них начинается брожение (как микробиологическое, так и в переносном смысле). Нокаутировать (отключить) в коровьем геноме один из генов, отвечающих за синтез лактозы, или добиться мутации, делающей фермент неактивным, — дело недалекого будущего.

«Фарминг» — это фармакологическая фабрика на ферме. Эпителий вымени можно заставить синтезировать любой белок. В год человечество потребляет 100 кг так называемого белка C, который предотвращает образование тромбов и необходим при инфаркте, инсульте, тромбофлебите и т. д. Ухоженная корова дает в год 10 тонн молока. Если концентрация белка C в нем будет всего 2 г/л, а эффективность очистки — 50%, то десяток коров запросто обеспечат этим лекарством всех нуждающихся. А полученный из молока трансгенных коз препарат антитромбин-3 американской фирмы Transgenics недавно закончил клинические испытания и практически готов к использованию в медицине.

Больным гемофилией, наоборот, необходимы инъекции «фактора Кристмаса» (F-9) — белка, который запускает каскадный механизм свертывания крови (по $40 тыс. за грамм). Еще один эффективный фактор свертывания крови, F-8, в пересчете на грамм обойдется в $2,9 млн. Обеспечить каждым из этих белков всех гемофиликов земли может пара трансгенных буренок. И так далее. В мире десятки фирм занимаются созданием животных-биореакторов с генами и белками, нацеленными на излечение разных болезней.

А еще один источник полноценных белков, часть из которых можно заменить лечебными, — это яйца. До недавнего времени главным недостатком пернатых биореакторов была слишком малая концентрация нужных белков — промышленное производство при этом было бы нерентабельным.

Осенью 2005 года одновременно две фирмы преодолели этот барьер. Калифорнийская Origen Therapeutics получила моноклональные антитела к раку предстательной железы в количестве 1—3 мг на яйцо. К тому же противораковая активность этих антител оказалась в 10—100 раз большей, чем у антител, полученных обычным методом, с помощью химерных клеток. А британская фирма Oxford Biomedica в сотрудничестве с американской компанией Viragen и Рослинским институтом получила в белке трансгенных яиц антитела против одного из видов рака кожи — меланомы.

Для селекции кур нужно меньше времени, чем для коз и тем более коров. Себестоимость производства лечебных куриных белков будет невысокой: главное — создать трансгенную породу, а дальше с целой биофабрикой будет не больше хлопот, чем с обычной птицефермой. Это позволяет надеяться, что пернатые биореакторы смогут соревноваться не только с рогатыми, но и с традиционными методами получения вакцин, антител и других белков для нужд медицины.