Марк Мосевицкий - Распространненость жизни и уникальность разума?

Следующий, далеко не простой психологически, но не сложный технически шаг – манипуляции с яйцеклетками или эмбрионами, направленные не на устранение дефектов, а на улучшение тех или иных качеств. Мы коснемся только обсуждаемого здесь аспекта – повышения мыслительных возможностей людей. Скажем сразу, что такая возможность существует и даже уже осуществлена у экспериментальных животных. Так, создана линия трансгенных животных (мышей), у которых генно-инженерным способом повышено производство белка GAP-43 в клетках нервной системы (Aigner et al., 1995). Этот белок присутствует в мозге всех животных, включая человека. Он локализован, главным образом, в аксонных окончаниях нейронов. Известно, что GAP-43 участвует в регенерации нервных клеток, а также в процессах, связанных с обучением и памятью. Оказалось, что трансгенные животные, благодаря повышенному производству GAP-43, значительно умнее животных с нормальным производством этого белка. Их преимущества наиболее очевидны при выполнении особенно сложных заданий, которые могут быть вообще недоступны “нормальным” животным (Routtenberg et al., 2000; Holahan et al., 2007).

Были проведены также эксперименты по ненаследуемому повышению интеллектуальных возможностей отдельных субъектов. Для успешного выполнения белком GAP-43 и некоторыми другими белками свойственных им функций необходимо присутствие фермента протеинкиназы C (ПКС), осуществляющей выборочное фосфорили-рование белков. Так, в белке GAP-43 ПКС фосфорилирует только один аминокислотный остаток (серин-41). Активный ген ПКС в составе обезвреженного вирусного вектора вводили в контролирующие обучение и память (ассоциативные) участки коры или гиппокампа мозга крысы, где осуществлялась застройка гена ПКС в генетический аппарат ограниченного количества нейронов. Эта процедура существенно повышала способность животного к обучению (Neill, 2001; Zhang et al., 2005). Целесообразен аналогичный эксперимент с геном фермента кальпаин. Этот фермент осуществляет разрыв молекулы GAP-43 около того же серина-41, образуя функционально активные фрагменты (Захаров и др., 2005). Было бы интересно (возможно, опыты уже ведутся) по той же схеме прицельно внедрить дополнительный ген самого белка GAP-43 в нейроны ассоциативных областей мозга пока, естественно, экспериментальных животных. Особенно большой эффект улучшения памяти и повышения способности к обучению можно ожидать при одновременной трансформации соответствующих участков мозга также по другим генам, продукты которых участвуют в этих процессах.

Следует еще раз подчеркнуть, что эти манипуляции хоть и являются генно-инженерными, не имеют отношения к евгенике, т. к. трансформируются только соматические клетки, и повышенная сообразительность не передается по наследству. Возможно, именно такой путь повышения интеллектуальных возможностей профессионально заинтересованных в этом людей окажется доступен в относительно близком будущем.

Очевидно, что активностью генов белка GAP-43 и ряда других уже известных продуктов, экспрессируемых в мозге, контроль деятельности мозга не ограничивается. Интеллектуальные способности определяются многими функциями мозга, среди которых короткая и долговременная память, ассоциативные реакции, скорость реагирования и др. Эти функции зависят от экспрессии многих белков, в частности, тех, которые обеспечивают стабильность и реформирование (пластичность) синапсов, секрецию нейромедиаторов, аксонный транспорт и др. Многие из задействованных в этих процессах белков экспрессируются не только в мозге, но и в других тканях, где они контролируют совсем иные функции. Более того, познавательные способности могут зависеть от генов, напрямую к функциям мозга отношения, казалось бы, не имеющих (Reiss et al., 1995; Lenhoff et al., 1997; Payton et al., 2003; Rujescu et al., 2003; Konishi et al., 2004). Все это усложняет идентификацию генов, в наибольшей степени ответственных за интеллект.

Проблема установления мутаций (вариаций), влияющих на формирование интеллектуального потенциала, и генов, в которых они находятся, входит в круг задач, решаемых медицинской генетикой. Определенные шаги в этом направлении уже делаются (Иванов и Киселев, 2005; Dorus et al., 2004; Hill and Walsh, 2005).

Возможно, эффективным подходом был бы поиск связанных с повышенным интеллектом вариаций нуклеотидных последовательностей (мутаций) при тотальном сканировании геномов соответственно подобранных групп людей (Craig and Plomin, 2006). Если иметь в виду интересующее нас повышение интеллекта, проявляющееся в успешности в области “точных” наук, то в одну группу (контрольную) войдут люди, для которых по собственной оценке математика и физика были самыми трудно усваиваемыми предметами, а во вторую группу войдут победители олимпиад по этим предметам и уже проявившие себя талантливые студенты и ученые. Конечно, такой подбор не является столь однозначным, как, скажем, подбор по признакам отсутствия или наличия музыкального слуха, когда объективное тестирование можно осуществить с помощью камертона. Однако при достаточной представительности обеих групп и при условии полной расшифровки геномов всех испытуемых выявление вариаций, характерных именно для людей с повышенным “естественно-научным” интеллектом, представляется выполнимым. В данном случае термин “выявление вариаций” означает локализацию в геноме и определение характера каждой такой вариации как точечной замены, делеции или вставки.

Описанные выше генетические манипуляции могут проводиться без идентификации генов, несущих модифицируемые участки ДНК. Однако естественным будет стремление приписать специфические для повышенного интеллекта мутации, выявленные в ходе описанного выше “дифференциального тестирования” геномов, уже известным генам. В каких-то случаях это, действительно, возможно. Вместе с тем, здесь можно ожидать не малых сенсаций. Идентифицированные к настоящему времени гены, которые кодируют известные белки, а также гены рибосомных и транспортных РНК (всего около 30 000), составляют лишь 3 % полного генома. Считалось, что преобладающая часть генома не транскрибируется и функционально инертна. Однако накапливаются данные, убеждающие в ошибочности такого заключения (Ponting and Lunter, 2006). В “молчащей” части генома располагаются семейства мобильных элементов (Tomilin, 1999). Семейство ретротранспозонов Alu в геноме человека представлено миллионом копий. Внедряясь в регуляторные области генов, Alu-повторы влияют на эффективность транскрипции этих генов (Bogerd et al., 2006; Xing J. et al., 2007). Получены также данные о транскрипции самих Alu-повторов (Tomilin, 1999; Yu et al., 2001). У разных людей распределение Alu-повторов неодинаково, что вносит вклад в человеческое разнообразие (полиморфизм). Согласно проведенным в последние годы исследованиям (Saxena S., 2003; Kosik, 2006; Krichevsky, et al., 2006; Valencia-Sanchez M.A. et al., 2006; Vagin et al., 2006), в “молчащей” части генома присутствуют также многочисленные ”транскрибируемые единицы” (РНК гены), по которым синтезируются высокомолекулярные некодирующие РНК, которые выполняют самостоятельные функции (Ponjavic et al., 2007; Mercer et al., 2008) или являются предшественниками “коротких” РНК (siRNA и miRNA), образованных 20–30 нуклеотидными звеньями. Некоторые короткие РНК тканеспецифичны. Для зародышевой плазмы млекопитающих (семенники, ооциты) характерно семейство piRNA (Kim, 2006; Watanabe T. et al., 2006). И в мозге обнаружены специфические семейства коротких РНК (Kosik and Krichevsky, 2005; Krichevsky, 2006). Накапливаются данные, указывающие на вовлеченность коротких РНК в контроль образования информационных РНК, а также непосредственно в регуляцию синтеза белка. Упоминавшийся выше РНК ген HAR1F, особенно активно мутировавший в период эволюции гоминин, также расположен в “молчащей” (не кодирующей белки) области генома (Pollard et al., 2006a,b). Недавно было показано, что высокомолекулярные некодирующие РНК (макроРНК) также специфичны для определенных, в том числе ассоциативных областей мозга (гиппокамп, кора больших полушарий и др.). Таких РНК уже обнаружено более 800 (Mercer et al., 2008). Сопоставление нуклеотидных последовательностей макроРНК крысы и человека свидетельствует о неслучайности имевших место изменений, т. е. имела место селекция (Ponjavic et al., 2007). Эти исследования могут привести уже в ближайшем будущем к важным открытиям.

Локализация в геноме (картирование) и определение характера вариаций, сопутствующих повышению ”естественно-научного” интеллекта, позволит приступить к конструированию соответствующих вариантов генома. Техника введения в определенную нуклеотидную последовательность определенных изменений хорошо отработана. Известны несколько процедур “создания” трансгенных животных, у которых модифицированные участки включены в геном. Целесообразно использовать вариант, когда ДНК, несущую модифицированный участок, первоначально вносят в эмбриональные стволовые клетки, где она застраивается в геном. Трансформированные клетки затем рассевают на твердой питательной среде для образования клонов. Генетический анализ трансформированных клонов позволяет найти место застройки внесенного гена. Это позволяет удостовериться в том, что рекомбинация была гомологичной, т. е. заменой собственного участка ДНК на аналогичный, внесенный в образовавшую клон клетку. Клетки выбранного клона имплантируют в ранний эмбрион, в котором они пролиферируют, образуя те или иные сегменты тела. В интересующем нас случае необходимо обеспечить превращение потомства имплантированной стволовой клетки (или нескольких клеток) в нейроны, которые сформируют определенные разделы в растущем мозге. Выполнение этой задачи зависит от выбора подходящей стадии развития эмбриона и места в нем для имплантации. Если в числе сегментов тела, развившихся из имплантированной стволовой клетки, окажется зародышевая плазма, модифицированный ген будет передаваться по наследству.