Ответственность ученых

Современные генетические технологии способны причинить человечеству заметный вред, и поэтому общество должно постоянно быть начеку. В наши цели не входит защита генетических технологий или их осуждение. Мы хотим всего лишь сказать, что о технологиях нужно судить в плане развития науки вообще. Предыдущий опыт человечества показывает, что к новым достижениям следует относиться к осторожностью и внедрять их постепенно, учитывая все возможные последствия. При этом оценивать и подвергать проверке нужно все, без исключения, технологии, в том числе и те, что представляют угрозу, куда большую, чем все биотехнологии, вместе взятые. Например, новые химические вещества синтезируются гораздо быстрее, чем их успевают испытать на практике. Для рядовых членов общества важно установить контроль над технологиями и получить образование, достаточное для здравомыслящей оценки возможной выгоды и предполагаемого ущерба от них. К сожалению, история учит, что для многих людей это нелегкая задача.

Какова же ответственность ученых перед рядовыми налогоплательщиками, которые не только предоставляют средства для дальнейших научных исследований, но и получают определенные блага от развития науки? Хотя сторонники развития ДНК-технологий быстро находят оправдания своей работы в том, что она предоставит лекарства от рака, наследственных болезней, избавит от загрязнения окружающей среды, голода и перенаселения, многие из них не столь охотно допускают вмешательство общественности или контроль со стороны государства. Недавно в Кембридже прошли дискуссии по поводу тех принципов, которыми Национальный институт здоровья призвал исследователей руководствоваться в их работе. Как заметил член городского совета Кембриджа Дэвид Клем, «принцип должен заключаться в том, чтобы организация, способствующая исследованиям, не навязывала в то же время свои правила». Многие из согласившихся с этим утверждением признают и то, что ученые предвзято относятся к своей работе, к перспективе продвижения по службе и получения премий, а потому не могут критически оценить свои исследования и объективно сказать, какой возможный вред они представляют для общества. Некоторые ученые даже сами признаются, что современная иерархичная система научного сообщества оказывает большое давление на критиков существующего порядка.

Преданные своему делу исследователи, разумеется, хотят, чтобы в их работе не было никаких препятствий. Потенциальная выгода от новых достижений в области трансгенных технологий огромна. Практически любое открытие привлекает внимание научного сообщества, и первопроходцам в исследованиях рекомбинантной ДНК регулярно присуждается Нобелевская премия.

Возможности кажутся безграничными. Отсюда и неприязнь ученых к любым помехам, в том числе и к общественному обсуждению их работ, когда на кон поставлены слава, известность и польза для человечества.

Молодые ученые, от которых зависит будущее генетики, должны научиться говорить с широкой публикой, задумываться о социальных и нравственных последствиях своей работы. К сожалению, еще в самом начале своей карьеры они вынуждены выбирать узкую специализацию, чтобы не отстать от быстрого накопления знаний в той или иной области, а это мешает оценить общие перспективы генетики. За быстрое продвижение в своей области науки они платят ограниченным кругозором, тогда как продукты их исследований распространяются во всем обществе.

Генетикам, которые традиционно гордились тем, что их исследования лишены коммерческого интереса и проводятся исключительно из любви к знаниям, печально смотреть на то, как в современные научные разработки вкладывается все больше и больше средств. Многие ведущие специалисты переходят на службу в частные исследовательские компании, и если раньше они зависели от общественного и государственного финансирования, то сейчас направляют свои интересы в те сферы, где выгода будет максимальной лично для них.

Нужно ли их останавливать? И если нужно, то не замедлит ли это развитие науки?

Некоторые известные ученые подвергли резкой критике высокомерие и надменность специалистов в области молекулярных технологий и осудили стремление получить максимум выгоды от их использования.

Несмотря на все благие намерения (лечение рака, избавление от загрязнений и других бед) история науки учит тому, что надежды на будущее часто не имели ничего общего с тем, что происходило на самом деле. Как на заре развития ДНК-технологий писал Филип Абельсон, редактор журнала «Science»:

У генетиков появятся высокие мечты о применении своих открытий. На практике же возможность применять эти открытия, как и в случае с ядерной энергией, перейдет в руки других людей.

Глава четырнадцатая ИСТОЧНИК ПЕРЕМЕН: МУТАЦИИ

На протяжении всей истории человечества рождение человека или животного с необычным внешним видом пробуждало страхи, почтение или благоговейный ужас. В мифологиях многих культур говорится о фантастических существах, созданных по прихоти богов или появившихся в силу особого сочетания природных стихий. На самом деле это были люди и животные с аномалиями развития или с искажениями наследственной информации; такие организмы называются мутантами, а искажение наследственной информации — мутацией. (Мутацией называется также явление, приведшее к такому искажению.) Обычно под мутацией подразумевают небольшие изменения в последовательностях нуклеотидных пар ДНК; более крупные повреждения хромосом называются хромосомными аберрациями. Поняв механизм мутаций, люди хотят научиться в какой-то степени контролировать их, но в последнее время в окружающей среде под воздействием человека появились новые факторы, вызывающие мутации, в первую очередь радиоактивные и химические вещества, влияние которых мы начинаем осознавать только сейчас.

В жутких фантастических фильмах и рассказах обычно показаны вредные мугации, и складывается впечатление, что все мутации вредны. В определенном смысле это действительно так. В сложном организме, который получает инструкции для своего развития от многих тысяч генов, случайное изменение в структуре одного из них будет, скорее всего, вредным. Но мутации в то же время служат и основой изменчивости, от которой зависит естественный отбор. Без мутаций в широком смысле слова не было бы эволюции. Большинство мутаций не оказывают никакого или почти никакого воздействия на организм, но организмы живут в постоянно меняющейся среде обитания, и при случае мутации могут оказаться полезными. Во всех естественных популяциях имеется несколько аллелей одного гена, и некоторые популяции выживают только потому, что один аллель оказывается полезным в одной ситуации, а другой — в иной. (Классический пример — земляные улитки в Англии, которые имеют несколько аллелей, ответственных за цвет и рисунок раковины и служащих средством приспособления к окружающей среде в разные времена года.) Известны человеческие белки с несколькими аллельными формами. Поэтому в естественной популяции не существует так называемых диких, или нормальных, аллелей. Если взять для примера людей, то в Швеции, например, много блондинов, и это нормальный фенотип для Швеции, тогда как для Италии и Японии это исключение из нормы. Для лабораторных организмов дикие аллели определяются произвольно.

Мутации происходят спонтанно и непредсказуемо как в соматических, так и в половых клетках растения или животного. Мутации в половых или зародышевых клетках передаются потомству. Соматические мутации передаются дочерним клеткам изначально мутировавшей клетки; чаще всего они служат причиной рака.

Частота мутаций

Мутации всегда происходят естественно, случайно и без очевидной причины. Мы не можем заранее предсказать, какая именно мутация произойдет и где, поэтому при их изучении применяют статистические методы. Частотой мутаций называется число вероятных мутаций, каким клетка может подвергнуться за весь срок своей жизни. Частота спонтанных мутаций повышается при воздействии на организм радиоактивных и некоторых химических веществ, называемых мутагенами. Поскольку мутации в соматических клетках приводят к раку, то мутагены являются одновременно и потенциальными канцерогенами.

Определить частоту мутаций некоторых клеток, таких как бактерии и другие микроорганизмы, довольно легко. Она колеблется в пределах от 10^-6 до 10^-8 Это значит, что отдельный ген может мутировать в только в одной клетке на миллион или на сто миллионов клеток одного поколения. Измерять частоту мутаций в сложных диплоидных организмах труднее. Во-первых, изменения фенотипа могут соответствовать мутациям в ряде генов, особенно если это сложный организм. Во-вторых, сложные организмы, вроде человеческого, подвергаются изменениям на протяжении своего развития, и ненормальный фенотип может появиться в результате ненормального развития, а не мутации. Например, к отсутствию конечностей у ребенка могут привести не только мутации, но и некоторые лекарственные препараты, принимаемые во время беременности. В-третьих, если организм гомозиготен по аллелю дикого типа, то для проявления гомозиготного рецессивного фенотипа потребуются две идентичные мутации.

Один из самых простых способов изучения мутации — наблюдение за превращениями доминантного аллеля в рецессивный при скрещивании растений или животных с генотипом АА и аа. Все последующее поколение будет гетерозиготным с доминантным фенотипом; если же наблюдается рецессивный фенотип, то это следствие мутации в половых клетках родителя АА. Проблема заключается в том, что мутации происходят довольно редко, и для их изучения потребовалось бы исследовать неимоверное количество животных, таких как лабораторные мыши, не говоря уже о людях, для которых этот способ становится практически невозможным. Генетик Льюис Дж. Стэдлер изучал мутации кукурузы на примере нескольких генов, определяющих фенотип зерна, так что о мутациях можно было быстро догадаться, посмотрев на зерна в початке. Исследовав несколько миллионов зерен, он обнаружил, что большинство спонтанных мутаций происходит с крайне редкой частотой: приблизительно один случай на 10^-6 гамет. Несколько отдельных генных локусов обладали частотой мутации, равной 10^-4, что больше обычного показателя для бактерий.

Уильям Рассел и его коллеги изучали мутации мышей в одной из самых больших лабораторий по исследованию мышей, расположенной в городе Ок-Ридж (штат Теннесси). Как и Стэдлер, они искали редкие рецессивные черты среди особей, полученных от скрещивания гомозигот АА ВВ СС DD РР SS SeSe х aa bb cc dd pp ss sese (буквами обозначены гены, затрагивающие фенотип мышей). Из 288 616 мышей было отобрано только 17 с мутациями по всем локусам, что составляет приблизительно 0,006%. Предположительная частота мутации по локусу колеблется от 1 х 10^-7 до 3 х 10^-7 на одну гамету, что опять-таки сравнимо с частотой мутаций бактерий.

Мутации у людей

Частоту мутаций у людей можно определить при помощи родословных, в которых проявляются доминантные черты. Дефект, неожиданно появившийся у одного представителя поколения и переданный потомству, должен быть результатом мутации. Хорошо известный случай доминантного фенотипа — карликовая ахондроплазия, нашедшая отображение еще в древних рисунках и статуях. Аллель ахондроплазии обладает высокой пенетрантноетъю, то есть все, у кого он имеется, демонстрируют мутант-ный фенотип. Из 94 075 детей, родившихся в одной из больниц Копенгагена, ахондроплазия наблюдалась у 8 детей от нормальных родителей. Это приблизительно одно на 12 тыс. рождений. Поскольку у каждого ребенка по два гена, из которых мутировать мог каждый, частота мутации аллеля равна одному на 24 тыс., или 4 х 10^-5. При исследовании ретинобластомы, которая характеризуется образованием опухоли на сетчатке глаза, от нормальных родителей родилось 49 больных детей на 1 054 985 обследованных. Таким образом, частота мутации ретинобластомы равна приблизительно 1,8 на 100 тыс. гамет. Частоты этих мутаций кажутся довольно высокими по сравнению с частотами мутаций других организмов, но это означает, что некоторые мутации — следствие изменения нескольких генов, и тогда общий показатель равен сумме частот мутаций этих генов.

Среди рецессивных генов легче всего обнаружить мутацию гена, сцепленного с полом. Зная фенотип мужских предков по обеим линиям родословной, можно определить генотип двух Х-хромосом женщины. Если у нее рождается сын с дефектным признаком, сцепленным с Х-хромосомой, то это будет результатом мутации. Наиболее известный пример мутации — гемофилия, затронувшая несколько семей европейских монархов. Мутация произошла либо в одной из гамет родителей королевы Виктории (1819—1901), либо в одной из ее клеток во время развития. Ее потомки перенесли эту мутацию в родословные монархов России и Испании. Царевич Алексей, единственный сын царя Николая II, болел гемофилией. Желая облегчить страдания своего сына, царица Александра обращалась за помощью к разного рода прорицателям и целителям и в конце концов попала под влияние Распутина.

Излучение

Спонтанные мутации довольно редки. Частоту мутаций увеличивают мутагены. К самым мощным мутагенам относятся некоторые виды излучений. В 1927 году Герман Мюллер, экспериментировавший с дрозофилой, и Л. Дж. Стэдлер, экспериментировавший с кукурузой, независимо друг от друга обнаружили, что если подвергнуть организмы действию излучения, то частота мутаций увеличится. Мюллер разработал метод обнаружения новых рецессивных летальных мутаций, сцепленных с полом, то есть мутаций на Х-хромосоме, которые детальны для имеющей такую Х-хромосому зиготы. Свой метод он использовал для определения мутагенного воздействия излучения.

Следует несколько слов сказать о различных видах излучения. Самый известный вид — электромагнитное, к которому причисляют и обычный свет. Это излучение состоит из небольших частичек энергии (фотонов), которые ведут себя как одновременно движущиеся электрическая и магнитная волны:

Каждая волна обладает определенной длиной; чем короче длина волны, тем больше энергия излучения. Электромагнитный спектр включает в себя видимый свет с длиной волн приблизительно от 400 (фиолетовый) до 800 (красный) нанометров:

Ультрафиолетовый свет обладает несколько меньшей, а инфракрасный — большей длиной волны. Инфракрасные волны и микроволны могут нагревать вещество, как, например, в микроволновых печах и тепловых лампах. Теле- и радиосигналы переносятся электромагнитными волнами с еще большей длиной волны. Они обладают достаточной энергией, чтобы заставлять электроны двигаться по электронным схемам наших теле- и радиоприемников.

Видимый свет имеет достаточно энергии, поглощаемой электронами разного рода молекул. Мы видим свет, потому что определенные пигменты в наших глазах воспринимают электромагнитные волны такой длины. Цвет зависит от молекул, которые поглощают электромагнитные волны одной длины и отражают волны другой длины. (Растения, например, имеют зеленый цвет, потому что пигмент хлорофилл поглощает волны красного и синего цветов, энергия которых используется для метаболизма растений; волны зеленого цвета он отражает.) Получив дополнительную энергию, молекула может вступить в разного рода химические процессы. Ультрафиолетовые волны обладают большей энергией, чем видимый свет, поэтому они вызывают серьезные химические повреждения, включая мутации. Однако основная часть ультрафиолетовых лучей никогда не достигает поверхности планеты, так как ее поглощает защитный озоновый слой атмосферы. Серьезную озабоченность вызвало открытие, что сверхзвуковые самолеты и фторуглеводо-роды в аэрозольных баллончиках разрушают озон и что это произошло со значительной частью озонового слоя Земли. Причем уменьшение озонового слоя способно привести к гораздо худшим последствиям, нежели повышенная частота рака кожи у людей. Сейчас использование фторуглеводородов крайне ограничено и контролируется международными соглашениями.

Электромагнитное излучение с длиной волны от 10^-8 до 10^-11 м называется рентгеновским. Гамма-излучение — электромагнитное излучение с еще меньшей длиной волны. Его источником служат ядра некоторых элементов. Энергия рентгеновских волн настолько велика, что они выбивают электроны из атома или молекулы, превращая атом или молекулу в положительно заряженный ион. Поэтому это излучение называют также ионизирующим. Оно приводит к серьезным последствиям. Свободные электроны проносятся по всей клетке, вышибая электроны из других атомов, и поглощаются другими атомами. Ионы способны вступать в различные химические реакции. Рентгеновские лучи бывают «жесткими» и «мягкими», в зависимости от энергии и последствий.

Корпускулярное излучение, или радиация, отличается от электромагнитного. Оно состоит из субатомных частиц с очень большой энергией, которые испускаются радиоактивными атомами. Бета-частицы — это высокоэнергетичные электроны; альфа-частицы — группа из двух протонов и двух нейтронов. В повседневной жизни мало кому приходится сталкиваться с большой радиацией, кроме ученых, исследующих радиоактивные вещества в лабораториях, но все мы постоянно подвержены воздействию фонового излучения. Во-первых, существует небольшое излучение радиоактивных элементов Земли. Во-вторых до поверхности Земли доходит часть космического излучения, представляющего собой потоки электромагнитных волн и частиц в космическом пространстве. Данные табл. 14.1 показывают количество фонового излучения, которое обычно получает человек за год. Для сравнения приведены дозы излучений от искусственных источников — от терапевтических и диагностических приборов до атомных электростанций и люминесцентных циферблатов.

Таблица 14.1 Примерные дозы излучений

За исключением медицинских приборов для рентгеноскопии, искусственное излучение относительно невелико и сравнимо с естественным.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: