Репортерные конструкции предоставляют ученым еще одну необыкновенную возможность: увидеть живую клетку в процессе ее жизнедеятельности. Сегодня получило удивительное развитие такое направление, как прижизненное клеточное кино. Существующая микроскопическая техника позволяет наблюдать живую клетку на протяжении дней и даже недель, но если при этом в нее ввести наши репортерные конструкции, то с их помощью ученые смогут четко определять, каким образом те или иные фрагменты ДНК становятся активными, связываясь с транскрипционными факторами. Система на основе CRISPR и модифицированного Cas позволяет делать это очень эффективно, расширяя наши познания о том, как живет клетка.

В принципе, легко себе представить, что все описанные выше возможности — подавление гена, активация гена, репортерная система, позволяющая определить, как этот ген заработал, и другие — могут быть применены совместно в одной клетке, в одной пробирке, и можно будет наблюдать в режиме реального времени, что при этом происходит, добиваясь нужных результатов. А это значит, что система распознавания на основе направляющей РНК CRISPR и мутантного фермента Cas9 дает огромные дополнительные возможности в науке, причем без значительных временных затрат.

Генетическое модифицирование в сельском хозяйстве

Многие сотни тысяч лет наши древние предки в поисках пищи и более благоприятных климатических условий кочевали по всем континентам Земли, промышляя главным образом собирательством того, что находится на уровне глаз и под ногами. Это части и плоды растений, насекомые и их личинки, прибрежная морская или речная живность, остатки пищи от крупных хищников. Некоторые ученые считают, что древние люди в силу своих ограниченных возможностей были дневными падальщиками, поскольку более сильные хищники охотились ночью, а днем спали. Только палка и камень, взятые в руки, немного уравняли возможности вида Homo erectus и других близких видов с возможностями крупных хищников.

Собирательство было не самым надежным источником пищи, оно требовало постоянных перемещений для освоения новых территорий. Несомненным преимуществом в природе обладают те виды животных, у которых детеныши могут сразу самостоятельно перемещаться вслед за матерью, что обеспечивает и безопасность, и питание. Однако большинству животных необходимы месяцы, пока их детеныши смогут следовать за группой. Это время они проводят в укромном уголке, чтобы матери имели возможность покидать потомство. Наиболее близкие человеку виды приматов минимизировали свой контакт с землей, которая представляет для них опасность, и переселились на ветки деревьев, что обеспечило их пищей и дало возможность относительно спокойно передвигаться с детенышами, вцепившимися в матерей. Увы, относительно слабые предки человека были не способны жить на деревьях и не могли выкапывать безопасные норы с длинными ходами. Такое низкое положение в иерархической лестнице природы заставило их проявлять чудеса наблюдательности, анализа и творчества.

В частности, наши далекие предки обратили внимание на то, что остатки плодов и семена, случайно оставшиеся возле их стоянок, давали всходы. Человек начал их специально высаживать, отбирать самые плодовитые и вкусные. И вскоре люди заметили, что целенаправленное выращивание съедобных растений дает гораздо больший эффект, чем собирательство. Появилась возможность вести оседлый образ жизни, поскольку растительная пища эффективно обновлялась, а животные фактически приходили к этим местам сами. Многовековое наблюдение за растениями позволило человеку из дикорастущих видов выбрать оптимальные по вкусовым качествам, калорийности, урожайности, удобству уборки урожая и возможности хранения виды. Появились сорта растений, которые со временем стали называться культурными.

Такие растения отличались от дикорастущих прежде всего своей плодовитостью, позволяющей с единицы площади получить больше съедобной продукции. Сегодня мы понимаем, что наблюдательные люди по чисто внешним признакам отбирали те растения, в которых произошли какие-то случайные мутации. Они не знали, что мутации бывают разными, что их может происходить несколько, и отбирали не мутацию, а тот колосок, в котором образовалось больше зерен. Вид Homo sapiens sapiens освоил земледелие примерно десять тысяч лет назад; плотность населения была низкая, и окультуренные виды растений могли прокормить человечество. Климатические изменения зачастую приводили к появлению случайных мутаций, которые изменяли свойства растений, а человек продолжал отбирать лучшие. Это было время искусственного отбора и простейшей селекции с помощью скрещивания.

Однако численность населения росла со все возрастающей скоростью: порядка четырехсот миллионов — в X веке, к началу XIX века — уже миллиард, на начало XX века — около двух миллиардов, и на рубеже XIX и XX веков реально возникла проблема недостатка пищи. Земледелие должно было стать более интенсивным, чтобы обеспечить потребности растущего населения Земли. Но уже не было столетий на проведение селекции новых, еще более урожайных сортов — эту роскошь человек не мог себе позволить.

В этот трудный исторический момент сыграла свою роль техническая революция. Научные открытия и последовавшие за ними технологические решения в области физики и химии (в том числе открытие новых химических соединений, химический синтез, открытие радиоактивности, возможность заглянуть внутрь любых молекул) помогли людям научиться влиять на некоторые естественные процессы — по крайней мере, в биологических объектах. Первым вкладом науки в новую технологию земледелия стал в начале XX века радиационный и химический мутагенез. Люди научились искусственно вызывать у растений те же изменения, которые в природе происходили в результате случайных событий биологического характера, а также внешних факторов. Среди них, например, извержение вулкана несколько тысяч лет назад, вызвавшее изменение состава почв, образование и исчезновение озоновых дыр, влияющие на поток ультрафиолета, космическая радиация и т. п.

Благодаря радиационному и химическому мутагенезу можно было не ждать тысячелетиями случайных природных событий, а «вызвать» их при облучении или обработке семян химикатами (комбинаторное воздействие). Это позволяло достаточно быстро получить колоссальный набор вариантов данного растения и выбрать среди них нужный, чтобы сделать его селекционным сортом. Но что происходит при этом на генетическом уровне, никто по-прежнему не знал, а ведь нужны были именно генетические изменения — только они наследуются и сохраняются в ряде поколений. Отбор подходящих мутантных сортов производился по признакам, которые представлялись селекционерам наиболее важными: по внешнему виду, химическому составу, продуктивности, устойчивости — безотносительно к тому, что в действительности происходило внутри растения.

Подобный подход не одно десятилетие служил людям, но их становилось все больше. К середине XX века численность населения планеты составляла уже три миллиарда. И опять перестало хватать еды!

Во второй