Как устроен Человек-Паук и могут ли в будущем появиться сверхлюди?

Главным достоинством Человека-Паука, несомненно, стала возможность выпускать нити липкой и невероятно прочной паутины. Если игнорировать сопротивление воздуха и считать «выстрел» строго вертикальным, то можно оценить скорость вылета паутинных нитей: v = (2gh), то есть v = (2 * 9,8 м/с2 * 100 м) = 44 м/с, или около 160 км/ч. И хотя это еще меньше скорости пули или хотя бы звука, энергия, которая для этого требуется, не может не впечатлять. Трудно представить, как тело могло бы добыть ее без дополнительного искусственного источника.

Зато прочность нитей Человека-Паука вполне «научна»: паучья паутина — один из самых крепких полимеров на планете. Ее прочность на разрыв составляет порядка 1000 МПа, а у каркасной нити пауков Araneus diadematus достигает 2700 МПа. Такой показатель не под силу и лучшим маркам высокоуглеродистой стали. Поэтому уже 3-миллиметровый трос Человека-Паука (принимая ее прочность за 1000 МПа) способен выдержать нагрузку более 7000 Н и справиться с грузом массой до 720 кг — или с весом нормального человека даже при сильном ускорении в падении.

Паутина паукообразных выделяется специализированными железами в задней части брюшка, причем у одного и того же животного может иметься несколько типов желез, создающих паутину с разными свойствами. Но в любом случае по химическому составу это особый белок, очень близкий к белку шелка. Его цепочки богаты глицином (самой небольшой из аминокислот, она обеспечивает нитям полимера гибкость) и серином (единственной аминокислотой живых организмов, содержащей серу, которая способна образовывать дополнительные связи, укрепляющие форму белка). А отдельные участки белка содержат исключительно много третьей аминокислоты, аланина.

Казалось бы, к чему нам все эти детали? Однако именно они создают особую микроструктуру паутинных белков-спидроинов: аланиновые участки образуют плотно упакованные кристаллические области, а глициновые — аморфные, эластичные связи между ними. Высыхая на воздухе, вся конструкция упрочняется и образует нить, из которой паук плетет части своей паутины. Процесс это тяжелый, но все-таки синтез паутины — еще тяжелее. На производство спидроинов пауки тратят так много ресурсов, что зачастую сами съедают старые и поврежденные нити, чтобы использовать их повторно.

Попытки «приручить» паутину и получать ее в лаборатории, а затем — и в промышленных масштабах, не прекращаются уже много десятилетий. За это время удалось определить и выделить из пауков ген спидроина и перенести его в другие организмы, так что добывать белковый полимер сегодня можно не только из специально выращиваемых шелкопрядов или пауков, но и из бактерий кишечной палочки, генномодифицированных растений табака и картофеля и даже из... козьего молока животных, которые несут ген паучьего белка. Главной технической проблемой в этой области остается, собственно, плетение нитей из этого ценного ресурса.

Пауки используют исключительно сложную систему паутинных желез: в отличие от того же молока, от ногтей и волос, этот материал нуждается в тонком, даже ювелирном процессе синтеза. Спидроин должен выделяться со строго определенной небольшой скоростью и сплетаться в определенный момент, находясь в нужной стадии затвердения. Поэтому железы некоторых пауков устроены исключительно сложно, содержа несколько отдельных резервуаров для последовательного «созревания» паутины и ее формирования. Трудно даже представить, каким образом Человек-Паук мог бы плести ее на скорости 150 км/ч. Но вот просто синтезировать спидроин человеку будущего окажется вполне по силам.

Нет, с укусами ничего подобного генам не передается, будь то обычное животное или даже радиоактивный паук. Даже сама «наведенная» радиация, которая могла сохраниться в укусе паука, пережившего жесткое излучение, вряд ли способна достичь серьезного для нас уровня, — если только его яд не состоял из чистого плутония. Да и «мутагенные ферменты» вряд ли придали бы Питеру Паркеру нужные сверхспособности. Насколько известно, в природе таких не существует: наше тело, наоборот, ведет непрерывную борьбу со случайными мутациями, и целые белковые армии постоянно заняты «ремонтом» поврежденной ДНК. Подавление работы этих белков повышает уровень мутаций, — но и в этом случае Питер Паркер, скорее всего, просто умер бы от какого-нибудь из онкологических заболеваний, которыми чреваты беспорядочные мутации.

Вряд ли можно заполучить с укусом и нужные нам гены спидроиновых белков. Для этого определенный фрагмент ДНК должен не просто попасть в организм, но и избегнуть атаки иммунной системы, при этом проникнуть через мембрану клетки, затем оболочку ядра — и, наконец, встроиться в активный участок какой-нибудь хромосомы. Трудно представить, чтобы это произошло случайно — вирусы оттачивают это нехитрое умение миллиарды лет и бесчисленное множество поколений. Поэтому именно вирусы могут дать надежду на то, что когда-нибудь наука превратит добровольца Паркера во что-то вроде настоящего Человека-Паука.

Действительно, в 2010 году, когда были получены козы, дающие молоко с паутинными белками, ученые использовали для переноса генов модифицированные вирусы. Неспособные нанести клетке вред, они тем не менее сохраняли возможность прикрепляться к ней и доставлять внутрь искусственный аналог гена спидроина. Кстати, полученный таким образом полимер удалось сплести в исключительно прочный материал, который компания Nexia Biotechnologies продвигала под торговой маркой BioSteel, однако процесс производства так и не был доведен до экономически оправданной стоимости и масштабов, так что сегодня фирма обанкротилась. Но мы отвлеклись.

Фрагменты ДНК, необходимые для синтеза спидроина, вносились в коз еще на стадии одноклеточных эмбрионов. Впоследствии эти гены оказались во всех дочерних клетках сформировавшегося организма, хотя ученые интегрировали их в тот участок генома, который проявлял активность лишь в клетках, занятых синтезом материнского молока. Если же мы хотим превратить Питера Паркера в Человека-Паука, нам придется намного тяжелее. Во-первых, целевой ген должен оказаться в хромосомах уже взрослого организма, сразу во множестве сформировавшихся клеток на определенных участках кожи, и везде встроиться в нужный участок.

Теоретически это могут позволить новейшие технологии, которые сейчас проходят разные стадии изучения и лабораторных испытаний, — плюс некоторые идеи, которые остаются делом более далекого будущего. В частности, точную интеграцию генов в нужные участки хромосом обещает усовершенствованный метод CRISPR/Cas. В нем используется специальный набор бактериальных ферментов и РНК, которые обеспечивают внесение разрезов в нить ДНК в строго определенном месте. Собственные ферменты клетки моментально бросаются чинить это искусственное повреждение и используют первую подвернувшуюся «заплатку» — обычно вносящийся вместе с белками Cas фрагмент нужного людям гена.

Транспорт для доставки всего комплекта молекул могут обеспечить ретровирусы, как это было проделано с козами. А нанотехнологии позволят оснастить оболочки вирусных частиц элементами, например, реагирующими на магнитное поле, — чтобы активировать генную модификацию строго в нужных клетках взрослого Питера Паркера. Труднее представить, как из клеток его кожи и, видимо, из потовых и сальных желез можно было бы получить железы паутинные, устроенные куда более сложно и работающие иначе. Но главной проблемой остается метаболизм.

Подобно полету птиц, змеиному яду или мозгу людей паутина — удивительно сложная адаптация, настоящий шедевр эволюции, обеспечивший успех обширной группе животных. Но и мозг, и полет, и синтез токсинов и паутины — адаптации, крайне дорогостоящие для организма. Эксперименты с австралийскими родственниками гадюк показали, что после укуса они должны повышать уровень своего метаболизма почти на 70% с тем, чтобы понемногу восстановить запас белкового яда. На сколько же должен усилиться метаболизм человека, чтобы он синтезировал сотни метров толстого паутинного каната? Сколько ему понадобится еды и насколько калорийна она должна быть? Кажется, все эти рассуждения ставят предел нашим мечтаниям о настоящем Человеке-Пауке.

Даже если мы хотим получить лишь человека, способного понемногу синтезировать паутины, внести в Питера Паркера ген спидроина будет мало. Эти же замечания справедливы и в нашем случае. Нам придется вырастить у него паутинные гланды, обеспечить усиленным метаболизмом, который даст дополнительную скорость, ловкость и баланс — и энергию для синтеза паутины. Вряд ли такое возможно в рамках нашего тела, и вряд ли когда-нибудь подобные эксперименты будут произведены. Но сама по себе сила паутинных полимеров рано или поздно обязательно придет нам на службу, и мы получим новый удивительный материал для сверхпрочной и легкой одежды, тросов, для медицины и сложной оптики. Пожалуй, такие изделия будут выглядеть не столь эффектно, как фантастический Человек-Паук, но жизней они спасут наверняка не меньше.

Официальный запуск видеоигры «Человек-Паук» состоялся 7 сентября. В отличие от всех предыдущих игр о Человеке-Пауке, она позволяет не просто побеждать врагов в образе любимого супергероя, и описывает не просто один эпизод из его супергероической жизни. Insomniac Games специально создали сюжет, который придется по душе фанатам Человека-Паука.

Игра «Человек –Паук» будет первой в этом ряду, позволяя почувствовать себя в теле и самого Питера Паркера, и Человека-Паука, используя всю силу липких и прочных паутинных нитей – и такие нововведения, как паркур и масса удивительных «фич», интегрированных в фантастический костюм героя (включая способность создавать собственные голографические копии). Экшн разворачивается в виртуальном Нью-Йорке, в открытом мире, где игрок не ограничен в передвижениях и действиях, исследуя опасный и увлекательный мир вселенной Человека-Паука.