Что значит редактирование генома человека
Редактирование генома эмбрионов
5 вопросов микробиологу
Читать статьи по темам:
Читать также:
Отредактируй это
Генетические редактирование для лечения заболеваний – уже реальность. Несмотря на технические и этические сложности, рано или поздно (и скорее все же рано) оно станет обычной практикой. И это дает людям надежду, которой до сих пор у нас не было.
Наступает век генной хирургии
Российский молекулярный биолог – о будущем генной медицины, почему не нужно бояться ГМО, для чего нужны стволовые клетки и как ученые планируют победить рак.
Почему прорывные технологии биомедицины остаются в лабораториях
Благодаря трансплантации стволовых клеток в мире уже лечатся десятки заболеваний. Однако в России клеточная медицина остается едва ли не на уровне фантастики. В чем причины отставания России в области биотехнологий?
ФИОП принимает заявки на создание биоинжиниринговой компании
Фонд инфраструктурных и образовательных программ начинает конкурентный отбор заявок на создание инжиниринговой компании в области биомедицинских клеточных продуктов, генной терапии и биофармацевтических препаратов.
О пользе бесполезного знания
Профессор Сколковского института науки и технологий и Университета Ратгерса США Константин Северинов – о роли случая в современных биомедицинских исследованиях.
Электронное СМИ зарегистрировано 12.03.2009
Свидетельство о регистрации Эл № ФС 77-35618
Редактирование генома. Величайшее благо или абсолютное зло?
У человечества есть несколько ”ящиков Пандоры”, которые лучше не открывать. Если даже желание или необходимость его открыть все же появились, то делать это надо с максимальной осторожностью. Одним из таких ящиков является генная инженерия и редактирование генома. Кажется, что в этой истории все красиво. Мы можем получить лекарство от всех болезней, можем стать супер людьми, можем получить потомство, которое будет в десятки раз лучше нас, и многое другое. Можем даже избавить себя от необходимости искать элексир бессмертия, просто немного подправив гены еще до рождения. Можно подумать, что это дивный мир, которого мы достойны, но не спешите радоваться, ведь как в известной присказке, мы можем получить ”мир, который мы заслужили”. Естественно, в плохом смысле. Открывая этот ящик, мы можем сделать так, что уже никогда не станем прежними, но где гарантии, что новые ”мы” действительно будем лучше и не приведем сами себя к закату человечества?
Редактирование генома — это изменение всего.
Генная инженерия
Сейчас все большее количество правительств разных стран готовится к тому, чтобы разрешить эксперименты по редактированию генома на эмбрионах человека. Некоторые страны уже даже разрешили это, например, Великобритания.
Справедливости ради, пока мы не говорим о полностью готовом человеке с измененными генами, но все к этому идет. Вы же понимаете? Пока Великобритания разрешает ставить эксперименты только над эмбрионами, выращенными в лабораторных условиях. При этом они обязательно должны быть уничтожены через 14 дней после начала эксперимента. То есть формально нам это ничем не угрожает. Вопрос только в том, для чего это нужно тому, кто это разрешил. Явно не из любопытства. Что-то подсказывает, что как и многие передовые разработки, сначала это будет применяться в военных целях, ведь именно так можно получить универсального солдата. Он не будет хотеть есть или пить. Он не будет уставать или бояться взрывов. Небольшая корректировка генов и супер-солдат готов.
Жизнь на Земле могла появиться в результате гибрида молекул ДНК и РНК
Может не надо это трогать?
Но может все же что-то положительное в этом есть и можно дать шанс ученым доказать, что они не зря открывали инструменты редактирования? Какие преимущества редактирование генов может принести человеку?
Защита от вирусов на уровне ДНК
В основе редактирования генов и понимания того, зачем это вообще нужно, стояли исследования бактерий, которые показали, как они вырабатывали защиту от бактериофагов. Ученых особенно интересовало, как эта защита влияет на цепочки ДНК и при этом переносится на новые поколения бактерий.
Название бактериофагов происходит от древнегреческого ”пожираю”. Название не случайно, ведь это вирусы, которые избирательно поражают клетки бактерий и архей. Также бактерия служит местом размножения вируса. Бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала. Общая численность бактериофагов в природе примерно равна общей численности бактерий. Бактериофаги оказывают больше влияние на эволюцию бактерий.
Более того, определенные признаки изменения генов нашли изначально у бактерии кишечной палочки. Ученые заметили определенные повторяющиеся фрагменты, которые были разделены спейсерами, но тогда объяснить этого не смогли. Позже подобную структуру-кассету нашли и у других представителей прокариот. Тогда им и дали сокращенное название CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). В переводе на русский это может звучать, как КППРРГ (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами). Такое сокращение выглядит просто ужасно и проще пользоваться емким словом CRISPR.
Позже выяснилось, что те самые спейсеры очень похожи на куски ДНК вирусов-бактериофагов и являются частью защитного механизма бактерий, выработанного в ходе эволюции. Ученые предложили механизм, при котором белок Cas, ассоциированный с CRISPR, позволяет находить чужеродную ДНК, когда вирус попадает в клетку бактерии. Если ДНК вируса соответствует информации, которая есть у бактерии, то в этом случае чужая ДНК разрезается и заражение предотвращается.
Бактериофаги не просто живут за счет бактерий, но и размножаются в них.
Ученые провели ряд экспериментов, в ходе которых меняли геном бактерий и наблюдали, как на них воздействуют другие бактериофаги. Результаты доказали, что механизм работает именно так, как они думали. Также они подтвердили, что когда бактерия сталкивается с новым для себя вирусом, она может вырезать часть его ДНК и вставлять их в свою CRISPR-кассету. После чего эти ”записи” передаются потомкам.
Как можно редактировать геном
Ученые предлагали несколько способов редактирования генов. В частности можно было создавать определенные искусственные последовательности, которые могли бы узнавать определенные участки ДНК. В результате белок Cas9 вносил бы разрезы точно в те места, в которых это требовалось. Параллельно с разработкой такого метода было доказано, что внесение изменений подобным образом возможно не только на уровне бактерий, но и в клетках других организмов.
Что такое тест ДНК, как его делают и для чего он нужен?
Есть и другие способы редактирования генома. Например, с помощью искусственных ферментов, которых не существует в природе, но которые способны расщеплять цепочку ДНК. Их еще называют цинковыми пальцами. Все из-за того, что этот белковый модуль включает в себя один или несколько ионов цинка.
Редактировать гены возможно, но это сложно.
Такой способ требовал сложного подхода и долгой подготовки. Для каждого разреза в определенных участках генома надо было синтезировать специфичный белок. Кроме того, подобный способ редактирования часто приводил к ошибкам, так как разрезы часто происходили не в тех местах, где было нужно. Это лишний раз доказывает то, что вероятность ошибки очень высока, а неточности на начальных этапах могут привести к тому, что сбои будут идти, как снежный ком.
Редактирование генома CRISPR
Система CRISPR-Cas с точки зрения редактирование генома более простая и надежная. Главное только правильно синтезировать то, что укажет, в каком месте надо совершить разрез ДНК. Дальше запустится механизм восстановления и все сделается практически само собой. Тем более, если сделать много таких разрезов, то можно запрограммировать нужные изменения достаточно крупного участка ДНК.
Можно даже убирать целые участки ДНК, если это потребуется. При этом, на место удаленных фрагментов будут встроены те участки, которые будут нужны генетикам. Это позволит редактировать ”сломанные” последовательности, которые приводят к тяжелым заболеваниям. В теории надо будет просто заменить нужный фрагмент и все должно стать нормально.
Сами понимаете, что первым вопросом будет ”а можно ли встроить нужную часть кода?” Конечно, со временем и это станет возможно. Вот тогда и могут начать получаться целые новые народы. Но, скорее всего, дело ограничится небольшой группой узких специалистов, вроде людей, которые смогут выдержать полеты к другим планетам, или солдат, которые не будут уставать. Люди найдут, как извлечь из этого выгоду. Особенно правительства и инвесторы, которые вкладывают в разработки огромные деньги. И далеко не все из них делают это, чтобы избавить человечество от болезней. Увы, но реальность такова.
Применение генной инженерии в промышленности
Более того, можно смело говорить о том, что генное модифицирование уже применяется на практике для достижения определенных результатов. Я говорю о генно-модифицированных организмах — ГМО.
Самым простым примером, как для понимания преимуществ метода, так и для самих генетиков является создание модифицированных кисломолочных бактерий. Дело в том, что когда на производстве вирусы бактериофаги попадают в закваску, они уничтожают культуру полезных микроорганизмов. В итоге это приводит к тому, что партия оказывается испорченной, а производитель несет огромные убытки. Именно поэтому устойчивые к бактериофагам микроорганизмы решают массу проблем.
Если бактериофаги попадают на производство, пропадают просто огромные объемы продукции.
Ретровирусные инфекции
Относительно недавно я уже рассказывал о том, как мы все являемся носителями ретровирусов или, как их еще называют, реликтовых вирусов. В том числе к ним относится и ВИЧ, который миллионы лет назад встроил свой геном в наши ДНК и мы продолжаем передавать его из поколения в поколение.
В журнале Scientific Reports даже была опубликована работа, которая показывает, как при помощи CRISPR-Cas9 можно избавиться от этого наследства и даже ликвидировать возможность повторного встраивания вируса в ДНК.
Китайские ученые даже проводили эксперименты в этом направлении и обеспечили рождение двух генно-модифицированных человек. Ими стали девочки близнецы, один из родителей которых был ВИЧ-положительным. В итоге, они родились с устойчивым иммунитетом к вирусу. Проблема в том, что эксперимент был за гранью законности, но в целом все получилось.
Найдено живое ДНК динозавра. Возможно ли это?
Также в другой работе, опубликованной в Nature Biotechnology, доказывается, что при помощи модифицированного белка Cas9 можно отключать гены, которые мешают нормальному перерождению клеток и приводят к злокачественным образованиям. То есть потенциально это может стать долгожданным лекарством от рака. Вот только не привело бы такое вмешательство к тому, что воспроизводство новых клеток станет еще хуже.
Стоит ли запретить генетические исследования
Конечно, сейчас нельзя говорить о том, что уже завтра мы рискуем получить нежелательные последствия редактирования генома. Во-первых, исследования еще только ведутся и чего-то действительно серьезного не сделали. Во-вторых, даже когда начнется массовое применение технологий на людях, понять истинные последствия можно будет только через несколько поколений. К сожалению, такое положение дел может расслабить некоторых ученых, ведь по сути у них не будет никакой ответственности. Впрочем, это вряд ли, но вероятность этого все равно есть.
Главное не вестись на кажущуюся легкость редактирования генов. Неизвестно, во что потом это выльется.
Пока ученые с осторожность прогнозируют вероятность внесения таких изменений в геном человека, которые сделают из него кого-то другого, но в перспективе это все равно возможно. Если даже в этом не поможет CRISPR, найдется другой способ, но он будет.
Тут уже можно поднимать вопросы этичности того, что одни люди изначально будут от рождения лучше других. Кроме этого, возникают вопросы, насколько это корректно — вмешиваться в геном человека без его ведома. Может быть, когда из модифицированного появится человек, который отличается от остальных, он сам будет не рад этому. Одно дело, когда у него от природы определенный цвет волос, разрез глаз и форма ушей, а другое — когда за него кто-то решил, каким он должен быть. Вот еще одна дилемма будущего. А решать, стоит ли запрещать редактирование генома, вам. Каждый имеет свое мнение, которым можно и нужно поделиться в нашем Telegram-чате.
Что на роду написано, того не миновать?
Редактирование генома в терапии наследственных заболеваний
Наследственность – это своего рода фатализм нашего времени. Расшифровка последовательности ДНК сродни предсказанию судьбы человека. Нам говорят, что гены определяют все: от цвета глаз до склонности к девиантному поведению. Добавьте к этому болезни, передающиеся по наследству, и мутации, связанные с риском развития таких болезней, как рак. Но можно ли пойти наперекор зловещему року и изменить судьбу, записанную на «скрижалях» ДНК? Да, это возможно, и если не сегодня, то в недалеком будущем. Генетическая инженерия занимается этими проблемами уже несколько десятков лет, однако в последние годы вокруг редактирования геномов возник особый ажиотаж. Что же изменилось? Ответ на этот вопрос – аббревиатура CRISPR/Cas
Все началось в 1987 г., когда в бактериальной ДНК были обнаружены странные нуклеотидные повторы, разделенные небольшими участками уникальных последовательностей. Спустя десять лет было показано, что эти повторенные последовательности, названные CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), являются системой адаптивного иммунитета бактерий – способом защиты против чужеродной ДНК, в частности, против бактериальных вирусов (бактериофагов).
Но какое отношение имеет это к наследственным болезням человека? Все дело в механизме действия системы CRISPR. Бактериофаги впрыскивают в клетку бактерии свою ДНК, которая многократно копируется и упаковывается в белковую оболочку за счет «хозяина» – таким образом на свет появляются новые бактериофаги. Защитная система бактерии, включающая белок-«ножницы» Cas, распознает чужую ДНК в случае, если она уже встречалась с ней раньше, и разрезает ее. Захватчики побеждены.
Узнавание мишени происходит по знаменитому принципу комплементарности, по которому образуются пары нуклеотидов в двуспиральной структуре ДНК. Этот принцип работает во всех живых организмах на нашей планете, включая клетки человека. Поэтому главное в механизме CRISPR/Cas – его простота и универсальность.
Знаковое событие случилось в 2012 г., когда была опубликована совместная работа француженки Э. Шарпентье и американки Д. Дудна, где было показано, что бактериальная система CRISPR/Cas может быть использована для внесения разрывов в последовательность любой ДНК, что свидетельствовало об ее огромном потенциале для редактирования геномов (Jinek et al., 2012). Ведь, зная нуклеотидную последовательность, можно внести разрыв в точно выбранное место любой ДНК.
Так в руках ученых оказался простой и эффективный инструмент, позволяющий направленно вносить изменения в ДНК живой клетки, т. е. переписывать те самые «скрижали». С тех пор вышли сотни научных статей, свидетельствующих о том, что эта система работает в самых различных видах организмов, позволяет вносить разрывы в любые последовательности генов, в том числе несущие мутации, вызывающие наследственные болезни (Немудрый, 2014).
Ремонтируем ДНК направленно
Но вот ДНК разрезана – что дальше? Дальше идет «ремонт» (репарация). Вообще разрывы в ДНК не такая уж и редкость: ежесуточно в каждой клетке человека под действием активных форм кислорода их возникает около 10 тысяч, и клетка их тщательно «штопает», восстанавливая целостность ДНК (Helbock et al., 1998). Но эти разрывы случайны, в отличие от действия CRISPR/Cas.
Существуют «терапевтические» мутации, предотвращающие развитие заболеваний. Например, мутации в гене CCR 5 предотвращают заражение клеток ВИЧ (Genovese et al., 2014, Liu et al., 1996), а мутация A673T в гене APP – развитие болезни Альцгеймера (Jonsson et al., 2012). С помощью системы CRISPR/Cas можно внести в геном необходимые изменения, «сломав» целевые гены либо внеся целевые замены (Cox et al., 2015)
Направленные разрывы, внесенные CRISPR/Cas, могут быть репарированы по-разному: существует несколько способов, отличающихся механизмом, точностью и т. п. В зависимости от пути репарации можно получить следующие результаты. Во-первых, «сломать» ген, если при репарации ДНК произойдет мутация. Такого эффекта можно добиться, если репарация произойдет, например, по механизму соединения негомологичных концов, для которого характерна неточность. Также возможно добиться крупной делеции (утраты фрагмента ДНК) и удалить участок либо целый ген.
Во-вторых, можно «переписать» определенную последовательность ДНК в клетке. Как известно, при репарации разрывов по пути гомологичной рекомбинации восстановление поврежденного участка ДНК идет по шаблону сестринской хромосомы (в клетках у нас присутствует по две копии каждой хромосомы – от отца и от матери). Фокус в том, что клетку можно обмануть, «подсунув» ей вместо сестринской хромосомы искусственно созданную «донорную» ДНК. Если такая ДНК будет «похожа» на поврежденный участок, то клетка может использовать ее в качестве образца.
Сестринская хромосома присутствует в клетке в единичном экземпляре, а копий «донорной» ДНК можно доставить множество, что дает искусственной ДНК конкурентное преимущество, пусть она и отличается немного от поврежденного участка. Таким образом можно «исправить», к примеру, мутацию, или вставить небольшой новый фрагмент ДНК.
И вот здесь мы вплотную подходим к терапии генетических заболеваний. Начнем с того, что все такие патологии отличаются друг от друга: они вызваны мутациями в разных генах, да и сами мутации могут иметь различную природу и давать разный эффект в одном и том же гене. Соответственно, есть разные варианты применения геномного редактирования: ген можно «сломать» или просто удалить мутантный участок, «исправить» мутацию или, напротив, добавить в геном полезные «терапевтические» мутации или даже новый дополнительный трансген.
В теории все это выглядит прекрасно, но вот в чем вопрос: в организме взрослого человека имеются десятки триллионов клеток, и в каждой из них содержится мутантный ген. Как эти подходы применить на практике? Как лечить реального пациента?
Работаем «в пробирке» и в организме
На самом деле в большинстве случаев нет нужды исправлять мутацию в каждой клетке организма. Например, серповидноклеточная анемия вызвана мутациями в гене, кодирующем субъединицу гемоглобина, что приводит к дисфункции только клеток крови – эритроцитов. А наследственные нейродегенеративные заболевания, например боковой амиотрофический склероз, связаны с гибелью нейронов определенных типов. Таким образом, мишенями для терапии многих генетических заболеваний могут быть клетки лишь определенных органов или тканей, где специфично синтезируются/не синтезируются продукты мутантных генов.
Суть редактирования геномов ex vivo («вне живого») заключается во введении в организм «здоровых» клеток, в которых, к примеру, будет синтезироваться нужный белок. Но если вводить клетки, взятые даже от здорового донора, то организм пациента с большой вероятностью их отторгнет. Поэтому нужно взять клетки самого пациента и изменить в них мутантный ген, а потом ввести их обратно. Наиболее разработан этот подход для заболеваний крови, поскольку забор и пересадка костного мозга, где идет кроветворение, практикуется с 1959 г.
Но что делать в случае, если «дефектные» клетки не так просто получить? Например, если болезнь проявляется в головном мозге? Вдобавок не все типы клеток способны пережить все процедуры в чашке Петри вне организма. Здесь на помощь приходит другая крайне перспективная технология нашего времени, связанная с получением так называемых индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК).
Плюрипотентные стволовые клетки бессмертны: теоретически они могут делиться бесконечно и при действии определенных стимулов образовывать любые клетки тканей и органов взрослого организма. Используя необходимый набор стимулов, можно направить развитие стволовых клеток в определенный тип клеток, например, в нейроны. Этот процесс называют направленной дифференцировкой
Относительно простой и эффективный способ получения стволовых клеток из клеток кожи в результате репрограммирования был изобретен в 2006 г. японскими исследователями К. Такахаси и С. Яманака (Takahashi & Yamanaka, 2006). Таким образом, появился метод вернуть практически любую клетку организма (крови, кожи, жировой ткани и т. д.) в состояние стволовой.
Возможность использования ИПСК для клеточной терапии наследственных заболеваний была впервые продемонстрирована на модели серповидноклеточной анемии (Hanna et al., 2007). В геном лабораторных мышей были встроены мутантные гены человека, приводящие к развитию этой болезни.
Из клеток кожи этих животных были получены индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, в которых мутация была исправлена с помощью гомологичной рекомбинации. Путем направленной дифференцировки из этих клеток были получены стволовые предшественницы клеток крови, которые трансплантировали в организм животных. Последние не только прижились, но и превратились в здоровые эритроциты. Лечение оказалось успешным.
С тех пор cписок наследственных болезней, для которых успешно был опробован этот подход, пополнился десятками наименований и продолжает расти.
Но зачем тратить время и деньги на извлечение и культивирование клеток, если можно все сделать прямо «на месте»? Ведь система CRISR/Cas в силу своей универсальности теоретически способна работать непосредственно в клетках живого организма. Главная проблема – это эффективно и безопасно доставить элементы этой системы в нужное место.
Сегодня наиболее часто для доставки генов CRISPR/Cas в организм используются вирусные частицы. В качестве таких носителей обычно выступают аденоассоциированные вирусы – дефектные вирусы, способные размножаться только в присутствии «помощников»-аденовирусов. Эти вирусы эффективно заражают клетки человека, но не вызывают у него никаких патологий. А вирусные частицы, в геном которых встроены гены CRISPR/Сas, после заражения уже не могут размножаться. При этом разные серотипы этих вирусов имеют «склонность» к разным тканям. Например, серотип AAV8 предпочитает ткани печени, а уже сегодня можно создать искусственные серотипы, нацеленные на любой орган.
Активно развиваются и невирусные способы доставки, например, упаковка готовых молекулярных комплексов РНК-белок в липосомы (липидные пузырьки) или полимерные частицы. Это более безопасно, а также обеспечивает более строгий контроль над дозой.
Это все здорово, но…
Всегда есть это «но». Технология CRISPR/Cas начала применяться для редактирования геномов млекопитающих пять лет назад. На сегодня получено колоссальное количество данных, достигнут огромный прогресс на пути к клиническому применению, но все же остается ряд вопросов, которые необходимо будет решить для каждого конкретного генетического заболевания. Например, какая доставка будет оптимальна? Приживутся ли введенные клетки? Какова будет эффективность и безопасность лечения? И etc. …
Возьмем для примера пару вопросов из этого списка и посмотрим, какие конкретные ответы на них уже получены в научном сообществе. Одна из проблем использования CRISPR/Cas связана с возможностью нецелевых эффектов: система может вносить разрывы в участки, отличающиеся от целевого на несколько «букв» – нуклеотидов, что чревато риском возникновения нежданных мутаций. Особенно остро вопрос безопасности стоит при редактировании геномов in vivo, когда проверить результат предварительно невозможно.
Для решения этой проблемы лидирующие группы ученых под руководством Д. Дудны, Ф. Чжана и К. Джуна независимо друг от друга создали мутантные «улучшенные» варианты белка Cas9 с повышенной специфичностью, частота нецелевых эффектов которых упала на несколько порядков.
С помощью технологии геномного редактирования можно не только лечить наследственные заболевания, но и создавать «дизайнерских» детей. Ведь если можно исправить ген, вызывающий болезнь, то почему бы не изменить ген, регулирующий цвет глаз, продолжительность жизни, наконец, интеллект? Уже сегодня в Китае с помощью CRISPR/Cas выведены собаки породы бигль, у которых «выключен» ген, кодирующий миостатин – фактор, подавляющий рост мышечной ткани. В результате эти животные отличаются повышенной мускулистостью. А что мешает «выключить» этот ген в эмбрионе человека?
Что касается эффективности терапии, то все зависит от особенностей самого заболевания и мутации, его вызывающей. Возможны три варианта: после исправления мутации жизнеспособность клеток увеличится, не изменится или ухудшится. В первом случае исправленные клетки получают конкурентное преимущество и могут постепенно заместить мутантные. Например, на линии мышей с наследственным заболеванием печени – тирозинемией I типа – было показано, что при системной доставке CRISPR/Cas непосредственно в организм животного мутация «исправляется» в 6 % клеток печени. Даже такого небольшого количества клеток достаточно, чтобы предотвратить падение веса и привести в норму биохимические показатели печени животных. А более жизнеспособные клетки с исправленной мутацией начинают «обживать» печень.
Но, к примеру, в случае гемофилии B жизнеспособность клеток после исправления мутации не повышается. Тем не менее уже 3—7 % клеток печени, продуцирующих нормальный фактор свертывания крови, достаточно для устойчивого терапевтического эффекта (Ohmori et al., 2017).
Что же касается исправления мутаций в онкогенах, то жизнеспособность и скорость пролиферации таких клеток будет снижаться относительно раковых, поэтому эффективность подобной терапии вызывает сомнения.
Тем не менее пример гемофилии B показывает, что если заболевание связано с отсутствием какого-то фермента или гормона, то небольшого числа клеток, его продуцирующих, может хватить, по крайней мере, для перевода болезни в более мягкую форму, а в некоторых случаях и для полного восстановления утраченных функций.
Классическими же модельными заболеваниями в исследованиях по терапии с помощью геномного редактирования являются гемоглобинопатии и мышечная дистрофия Дюшенна. Именно на этих заболеваниях была подтверждена работоспособность концепций такого лечения, показано, что клетки с исправленной мутацией демонстрируют «здоровый» фенотип. В случае мышечной дистрофии Дюшенна такие клетки не только успешно встраивались в мышечную ткань взрослых мышей, но и улучшали функциональные показатели всей мышцы в целом.
Система CRISPR/Cas9 открывает перед человечеством большие перспективы, но нужно понимать, что это не волшебная палочка для решения всех проблем, а инструмент, такой, как, например, молоток. И нужно учиться применять этот инструмент для каждой конкретной задачи.
Главный шаг, который уже был сделан в этой области, – это выход за пределы лабораторий. Уже существует ряд компаний, занимающихся внедрением технологии CRISPR/Cas в практику, и не только медицинскую. Этот подход, к примеру, используется сегодня для получения модифицированных микробов для нужд биотехнологии и модифицированных растений.
Можно ожидать, что уже в ближайшее десятилетие новая технология найдет и клиническое применение. Так, в 2016 г. в Китае стартовали первые клинические испытания нового метода иммунотерапии метастазирующего немелкоклеточного рака легкого, в котором используются T-лимфоциты с «отредактированным» геномом.
С. М. ЗАКИЯН: «НАМ БЫЛ БРОШЕН ВЫЗОВ, И МЫ ДОЛЖНЫ НА НЕГО ОТВЕТИТЬ!» Исследования по применению системы CRISPR/Cas для терапии наследственных заболеваний начались в лаборатории эпигенетики развития ИЦиГ СО РАН под руководством С. М. Закияна в 2013 г., буквально сразу после выхода первых публикаций на эту тему.
Исследования ведутся на лабораторных крысах линии Brattleboro – модели генетически детерминированного заболевания, при котором наблюдается дефицит гормона аргинин-вазопрессина. В результате у животных развивается наследственный несахарный диабет с характерным для него чрезмерным потреблением жидкости. На сегодня уже получена линия клеток с исправленной мутацией в гене, кодирующем этот гормон.
В данном случае задача усложнялась тем, что ген вазопрессина по последовательности нуклеотидов схож с геном другого гормона – окситоцина. Более того, на участке, в котором возникла мутация у крыс Brattleboro, эти гены практически идентичны. Тем не менее удалось добиться специфичного действия CRISPR/Cas в гене вазопрессина без нецелевых двунитевых разрывов ДНК в гене окситоцина. На следующем этапе предполагается вводить исправленные клетки в организм животных для оценки терапевтического эффекта
Возможности, которые дает нам технология CRISPR/Cas, пугающие и захватывающие одновременно. Сначала китайские исследователи, а затем их коллеги из США смогли внести изменения в эмбрионы человека. Недавно группа американских ученых под руководством Ш. Миталипова «исправила» в человеческом эмбрионе мутацию, вызывающую гипертрофическую кардиомиопатию (Ma et al., 2017). Эти эмбрионы были получены специально в результате искусственного оплодотворения, для которого были использованы здоровая яйцеклетка и сперматозоиды носителя мутации. Согласно современным нормам, зародыши были выведены из эксперимента на стадии бластоцисты. Однако с помощью современных репродуктивных технологий уже сегодня можно было бы имплантировать такие эмбрионы суррогатным матерям.
И здесь возникает очень серьезный этический вопрос: имеем ли мы право вмешиваться в ДНК человека? Или, наоборот, этично ли бездействовать, обрекая будущего ребенка на страдания?
Генетические изменения, внесенные в эмбрионы, сохранятся во всех клетках взрослого организма, и, соответственно, будут передаваться по наследству. Какой эффект окажет распространение таких модифицированных генов на человеческую популяцию в эволюционном аспекте, не говоря уже о риске возникновения новых евгенических движений?
Именно поэтому Д. Дудна, имеющая колоссальный авторитет в научном мире, призывает своих коллег не торопиться с применением этой технологии на эмбрионах человека, пока не будут разработаны международные этические и законодательные нормы для ее регулирования. В наши дни по всему миру проходят встречи, конференции, конгрессы и симпозиумы, на которых обсуждается будущее CRISPR/Cas. Возможно, от решений, которые будут приняты на них сейчас, зависят судьба человечества и то, как будет выглядеть наш мир в будущем.
В сентябре 2018 г. в новосибирском Академгородке также планируется провести международный конгресс по современным технологиям редактирования геномов, на котором будет обсуждаться технология CRISPR/Cas и, в частности, ее будущее в Российской Федерации.
Cox D. B., Platt R. J., Zhang F. Therapeutic genome editing: prospects and challenges // Nat Med. 2015. V. 21. N. 2. P. 121—131.
Jinek M., Chylinski K., Fonfara I. et al. A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity // Science. 2012. V. 337. N. 6096. P. 816—821.
Ma H., Marti-Gutierrez N., Park S. W. et al. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos // Nature. 2017. V. 548. N. 7668. P. 413—419.