Генная инженерия — будущее спорта
Стивен Хсу (Stephen Hsu)
Много лет я жил в Юджине, штат Орегон, известном также как «город легкой атлетики США» благодаря давним традициям легкой атлетики. Каждое лето на ключевых соревнованиях — национальных чемпионатах США или Олимпийских состязаниях — на стадионе Хэйворд Филд Орегонского университета можно было увидеть спортстменов мирового класса. Дух захватывало, когда ты вдруг сталкивался в местных кафе с великими атлетами, или оказывался с ними рядом, поднимая штангу, или на соседней беговой дорожке. Как-то утром я был поражен, как меня шутя обогнала женщина, бегавшая повторы по 400 м. Она тренировалась на такой скорости, на какой я бы смог пробежать только спринт на намного более короткую дистанцию. Все дело в том, что она обладала уникальными способностями, а я — нет. В результатах в атлетике действует принцип нормального распределения, как и во многих других количественных показателях в природе. Это значит, что количество людей, способных демонстрировать исключительные результаты, стремительно падает по мере роста уровня исполнения. Если старшеклассник, пробежав стометровку за 11 секунд, может рассчитывать на попадание в лигу или в окружной чемпионат, то квалифицированный чемпион страны бежит ее меньше чем за 11 секунд, а среди 100 чемпионов страны лишь у некоторых есть какая-то надежда пробежать ее меньше чем за 10 секунд.
Если дальше следовать по этой кривой, то мы дойдем до самых удивительных случаев: спорстменов, бьющих рекорды и продвигающих мыслимые пределы достижений. Когда Карл Льюис в конце 1980-х гг. стал чемпионом в спринте, результаты ниже 10 секунд на стометровой дистанции были редкостью, а 10-секундный результат гарантировал успешный финиш даже на Олимпиаде. Льюис при своем росте 1,88 м был строен и считался высоким для спринтера. Больший, чем его, рост считался недостатком для спринтера из-за более низкой частоты шагов и скорости — таково было, по крайней мере, распространенное в то время мнение.
Поэтому никто не ожидал появления Усейна Болта. При крепком телосложении и росте 1,98 м он финишировал почти за секунду до лучших представителей предыдущего поколения. Казалось, словно он принадлежит к совершенно иному биологическому виду. Расстояние между шагами одной ноги составляет до 2,8 м, и, говоря словами исследования, опубликованного в 2013 г. в European Journal of Physics, его результат «заслуживает изучения физиками, ведь он [Болт] способен достигать на сегодняшний момент ускорений и скоростей, неподвластных ни одному другому бегуну».
Результаты Болта не были просто быстрее, чем у кого-либо еще в мире. Они были значительно быстрее результатов, которые показывали бегуны мирового класса прошлого поколения, использовавшие допинг. Родившийся на Ямайке канадский спринтер Бен Джонсон поставил мировой рекорд, пробежав 100 м за 9,79 секунд на Олимпиаде 1988 г., одержав победу над Льюисом и хвастаясь, что прибежал бы еще быстрее, если бы не поднял руки перед финишной линией. Позже выяснится, что он применял стероиды.
Даже блестящий бегун, принимающий анаболические стероиды, не был способен обогнать генетического уникума. На Всемирном чемпионате по легкой атлетике Болт установил мировой рекорд, пробежав стометровку за 9,58 секунд и побив свой собственный рекорд на целую десятую долю секунды.
То же самое мы наблюдаем в НБА с Шакилом О’Нилом. О’Нил был первым баскетболистом в Лиге, обладавшим ростом 2,13 м и при этом отличавшимся силой и реакцией гораздо менее рослого человека. Не будучи ни каланчой, ни медлительным качком, при его пропорциях с ростом 1,82 м он был бы атлетом весом 90 кг. Когда Шак доводил мяч до кольца, ни один игрок (а то и два) не мог предотвратить попадание мяча в кольцо. Вскоре после его появления в Лиге баскетбольные щиты были укреплены, чтобы он не снес их своими бросками сверху. После трех подряд выигранных чемпионатов НБА пришлось кардинально изменить правила, допустив зонную защиту, чтобы уравновесить перевес Шака на площадке. Он был генетическим уникумом, чья игра не могла сравниться ни с кем в Лиге, которую давно критиковали за мягкую антидопинговую политику; к примеру, анализ крови на наличие гормона роста стал обязательным лишь в прошлом году. Какой бы допинг ни принимали в Лиге, его не было достаточно, чтобы хоть кто-либо поднялся до уровня Шака.
Если провести сравнительный анализ, потенциал приема допинга относительно невелик. В поднятии штанги, к примеру, Майк Израетель (Mike Israetel), профессор физкультуры в Универститете Темпл, рассчитал, что допинг увеличивает результаты в тяжелой атлетике на 5-10%. Сравните это с развитием мировых рекордов по поднятию штанги при жиме лежа: 163 кг в 1898 г., 164 кг. — в 1916 г., 226 кг — в 1953 г., 272 кг. — в 1967 г., 302 кг. — в 1984 г. и 331 кг. — в 2015 г. Допинга хватает на победу в отдельном соревновании, но он не выдерживает сравнения против длительной тенденции улучшения результатов, которую определяют отчасти генетические уникумы. По мере увеличения количества участников соревнований по тяжелой атлетике в хвосте кривой распределения появлялись все новые обладатели уникальных способностей, повышающие планку мировых рекордов все дальше.
Аналогичным образом, подпитанная допингом победа Лэнса Армстронга в Тур де Франс в 1999 г. дала ему преимущество перед серебряным призером Алексом Цулле в 7 минут 37 секунд, то есть около 0,1%. Эти показатели меркнут по сравнению с резким ростом скоростей в Туре, произошедшим в течение последних 50 лет: Эдди Меркс одержал победу в туре в 1971 г., когда дистанция практически совпадала с 1999 г., показав результаты, уступавшие показателям Цулле на 5%. Разумеется, некоторые улучшения результатов связаны с методикой тренировок и лучшей экипировкой. Но значительная их часть происходит просто благодаря способности спорта находить участников, обладающих все более уникальными природными способностями, беспредельно раздвигая границы возможностей.
Мы лишь поверхностно разбираем возможности генетических уникумов. Нормальное распределение атлетических способностей — это индикатор многочисленных взаимонезависимых суммарных эффектов. В результате все эти суммарные эффекты определяются генетическими разновидностями, или аллелями, с небольшими положительными или негативными последствиями, определяющими такие особенности, как рост, мышечную массу и координацию. Сейчас принято понимать, например, что большой рост является результатом комбинации необычайно обширного количества положительных разновидностей и, возможно, некоторых очень редких мутаций, которые сами по себе обладают широким действием.
Специалист по геномике Джордж Черч (George Church) перечисляет некоторые из этих мутаций. Они включают в себя разновидность LRP5, дающую исключительно крепкие кости, разновидность MSTN, отвечающую за повышенную гибкость мышц, и разновидность SCN9A, связанную с отсутствием чувствительности к боли.
Черч также отвечал за одно из величайших научных открытий последних десятилетий: разработку технологии коррекции генов под названием CRISPR, одобренную для проведения клинических испытаний в медицинских целях. Если технологии CRISPR будут развиваться в соответствии с ожиданиями, программирование человека станет вопросом нескольких десятилетий. Коррекция проще всего осуществляется вскоре после зачатия, когда эмбрион состоит только из небольшого количества клеток, однако оно возможно и для взрослых. Клинические испытания CRISPR начнутся в этом году и будут применяться для коррекции существующих у взрослых людей клеток с внедрением вирусного вектора. Вполне возможно, что в ближайшем будущем CRISPR или улучшенная версия этой технологии будет принята как безопасный и эффективный метод.
Поскольку сложные особенности контролируются стольким количеством разновидностей, мы знаем, что существует огромное пространство неиспользуемого потенциала, который ни один человек — ни Шак, ни Болт, ни кто-либо еще — не исчерпал до конца. Ни один человек в мире не обладает даже частью возможных положительных вариантов релевантных генетических разновидностей. Атлетические соревнования, на самом деле, стали алгоритмом поиска генетических уникумов, который продолжается меньше ста лет и оказался не слишком результативным. Это было пассивное ожидание появления случайных рекомбинаций, дающих данные разновидности, в надежде, что атлетика определит лучших представителей.
Мы вступаем в эру, в которой ДНК будет определять не случай, а человеческий интеллект — при помощи собственноручно созданных инструментов. По мере улучшения нашего понимания сложных особенностей генные инженеры будут способны модифицировать силу, размер, чувствительность, выносливость, сообразительность, скорость и даже целеустремленность и напористость, необходимые для экстенсивных атлетических тренировок. Оценка количества вариантов, определяющих рост и когнитивные способности, двух наиболее сложных особенностей, дает результаты в пределе 10 тысяч. Если (упрощая) мы допустим, что в каждом из 10 тысяч случаев желаемый вариант присутствует в генах половины населения, то вероятность случайного союза, в результате которого появится «максимальный» уникум равна приблизительно двум в минус 10 000 степени, или одного к гуголу (10 в 100 степени), помноженного на себя 30 раз. Разумеется, невозможно одновременно получить все 10 тысяч желаемых вариантов благодаря существованию спектра ослабляющих последствий высшего порядка, таких как получение слишком большого размера, слишком большого количества мышечной массы, слишком мощного сердца. Несмотря на это, почти безусловно, что появятся жизнеспособные виды, обладающие ранее небывалым более высоким уровнем способностей.
Иными словами, крайне маловероятно, что мы достигли предельных показателей среди всех когда-либо существовавших на Земле 100 миллиардов человек. (Совершенно случайный поиск может потребовать появления около гугола разных индивидуумов!).
Однако мы должны быть способны значительно ускорить этот поиск при помощи инженерии. В конце концов, сельскохозяйственное выведение кур и коров, являющееся разновидностью управляемой селекции, с легкостью производит животных, которые были бы в диких условиях гораздо более редкими. Селекционное разведение кукурузы для производства масла увеличило посевы в 30 раз всего за 100 генераций. Это сопоставимо с поисками уникального представителя для определенного вида спорта. Однако технологии прямой коррекции, такие как CRISPR, приблизят нас к ним еще быстрее, поставив на поток производство Усейнов Болтов и Шаков, которые побьют их рекорды.
Широкое применение технологии генной коррекции даст этому поиску значительный импульс. Выбор родителей сможет увеличить в населении частоту разновидностей, увеличивающих атлетические способности. Это будет постепенно увеличивать средние показатели населения, расширяя границы способностей. Повышение средних показателей на одну погрешность (например, мужского роста на 3,6 см, или IQ — на 15) увеличивает вероятность появления индивидуума в пределах от 1 до 1000 (например, мужчины ростом 2 м) в 10 раз.
Фримен Дайсон (Freeman Dyson) размышлял о том, будут ли люди использовать генные технологии, модифицирующие их в целях исследования космоса: увеличивать резистентность к радиации, безвоздушному пространству, нулевой гравитации, возможно, даже получению энергию непосредственно из солнечного света. Внедрение генов от совершенно иных видов, например, от фотосинтетических растений, дает совершенно иное значение термину ГМО: видообразование становится отчетливой возможностью.
Атлетические способности человека следуют по той же директории. Природа атлетов и спорта, в котором они соревнуются, изменятся благодаря геномной технологии. Потеряют ли обычные люди интерес к спорту? История показывает, что нет: мы любим удивляться уникальным способностям. Леброн, Коуб, Шак, Болт — каждый повысил интерес к своему виду спорта. Самым популярным среди зрителей спортом в 2100 г. станут соревнования между титанами ростом 2,4 м, способными с балетной ловкостью наносить вращающиеся удары головой, выполняя изощренные движения джиу-джитсу. Или просто очень, очень быстрый бег на 100 м. Без всякого допинга.
Источник:
