Редактирование генома человека

У листопаді цього року світова преса згадала про те, що колись було головною надією всього людства і темою для нескінченних дебатів, — генної інженерії. Причиною збільшеного інтересу до галузі стала новина про «чудесне зцілення» маленької дівчинки.

Лайла Річардс, яка страждала від агресивної форми лейкемії, почала отримувати новаторську генну терапію, раніше протестовану лише на мишах. Двенадцатимес��чному дитині ввели генетично модифіковані імунні клітини, які «навчені» вбивати виключно рак. На даний момент лікарі відзначають позитивну динаміку в стані пацієнтки і не виключають повного позбавлення від хвороби.

Подія називають початком нової ери в історії медицини. Незважаючи на те, що гучні заяви, що стосуються майбутнього науки, часто перебільшені, в цей раз, можливо, журналісти не так далекі від істини.

Довідка: ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) — молекула, забезпечує зберігання, пере��ачу і реалізацію генетичної програми розвитку і функціонування живих організмів. Ген — це ділянка ДНК, програмуючий той чи інший білок. Гени визначають спадкові ознаки організмів, що передаються з покоління в покоління.

Передумови для революції

Вперше про генної інженерії заговорили давно. У 50-ті роки минулого століття вченим вдалося розшифрувати ДНК та усвідомити всі пов'язані з новим знанням перспективи. Оскільки перспективи були чарівними (робота з генами дає можливість позбавляти живі організми від більшзней і наділяти потрібними властивостями), вчені почали шукати шляху «приборкання» дезоксирибонуклеїнової кислоти і досить швидко їх виявили. Вже до кінця 70-х років біологи навчилися отримувати ізольовані гени, вводити їх в молекули нуклеїнової кислоти (вектори) і переносити в модифікується організм. Саме цієї технології ми зобов'язані появою, наприклад, генномодифікованої кукурудзи.

Однак точності технологій, якої цілком вистачає для додання морозовитривалості фруктам і овочам, довгий час не вистачало для роботи з геномом тварин і, особливо, людей. Вирізати і акуратно замінити саме той ділянка подвійної спіралі, що потрібно, не завжди виходило.

Однією з невдалих спроб вилікувати людину, замінивши кілька генів, став випадок на початку 2000-х років. Хлопчика з важким комбінованим імунодефіцитом, який викликається дефектом гена IL2RG, вирішили лікувати за допомогою генної терапії.

Дитині спробували ввести клітини крові з «правильної» ДНК, без дефекту, однак до успіху це не призвело, і пацієнт до того ж захворів на лейкемію. Причиною возникновен��я раку назвали «незграбність» при заміні алелей.

Ця «незграбність» довгий час заважала вченим проводити успішні експерименти, однак зараз дослідники наважилися заявити, що складність подолана.

На ринку з'явилися технології, що дозволяють вирізати ділянки ДНК з філігранною точністю. Найбільш відомими з них є Talens, Zink Fingers і CRISPR-Cas9. Перша була успішно застосована у випадку з маленькою дівчинкою, описаному на початку статті. Друга зараз активно тестується в лікуванні ВІЛ: інфіковані клітини пацієнта вилучаються з тіла, отримують захист від вірусу і повертаються на місце. А третя підірвала світ генетики, практично гарантувала своїм творцям «нобелівку» і привернула десятки інвесторів (лише за поточний рік в її розвиток вкладено близько 200 мільйонів доларів США).

Технологія CRISPR-Cas9, представлена всього 3 роки тому, позиціонується як найбільш дешева, універсальна, швидка і доступна з усіх (працювати з нею зможуть не тільки «світила»). Вона базується на захисних механізмах бактерій.

Ряд мікроорганізмів має власного��енной імунною системою — CRISPR, яка здатна виявити ДНК або РНК вірусу і знищити її. Особливу роль у процесі відіграє фермент Cas9, акуратно який теше з ДНК вірусу цілі шматки. Використовуючи його, вчені можуть прицільно вимикати ті або інші гени (ділянки ДНК). Місце вирізаного ділянки ДНК потім «залатывается» природним чином або ж в порожнечі підставляється іншу ділянку.

Біотехнолог Дженніфер Дудна, один з авторів технології, порівнює заміну гена з виправленням помилки у слові — настільки проста і точна процедура.

Наприклад, якщо вирізати з ДНК людини саме ті гени, які відповідальні за розвиток муковісцидозу, хвороба не розвинеться. Якщо ж не просто вирізати частина генетичного матеріалу, а замінити її, можна задати нові властивості організму — так, вчені вже зуміли на стадії ембріона запрограмувати колір шерсті мишей, залишивши всі інші характеристики тварин без змін, і зробити на світло «собак-бодібілдерів».

Стопор прогресу

У той же час, незважаючи на успіхи біотехнологів, генна терапія ще недосконала. Навіть система CRISPR-Cas9 поки не доросла до того, щоб замінити дефектні гени дорослої особини і лікувати її таким чином. Все, що вона може на даному етапі, — міняти генотип ембріона. Отже, мова йде про генетичне модифікування тварин. І, звісно, людей.

Такі тести вже проводяться. Відомо про спроби китайських вчених випробувати лікування спадкового захворювання крові шляхом зміни ДНК свідомо нежиттєздатних ембріонів (з етичних міркувань). Спроба вдалася лише частково виправити дефектний ген вийшло не у всіх образ��ів. Чому це сталося — через те, що використовувався «бракований» піддослідний матеріал, або із-за того, що система CRISPR-Cas9 ще «сира», — неясно.

Перший млинець грудкою не міг не спонукати інших фахівців пробувати свої сили в подоланні труднощів. Так, в кінці листопада стало відомо, вчені з Університету Массачусетсу змогли поліпшити точність роботи CRISPR-Cas9, додавши в неї програмований ДНК-зв'язуючий домен pDBD, який буде виконувати функцію додаткової корекції, знижуючи можливість виникнення побічних ефепунктів» майже у сто разів.

Іншими словами, технології зараз — зовсім не найскладніше. Справа наживна, як кажуть. Куди більшим стопором може стати питання моральності та етики.

Створити людину з наперед запрограмованими особливостями (хоча б з відсутністю схильності до діабету) — це не за хлібом сходити. Почавши з малого, можна прийти до того, що батьки зможуть вирішувати, наскільки сильний, високий, швидкий, спритний і красивий буде їхній нащадок. Що може вилитися в абсолютно непередбачувані проблеми...

Це пірождает ще одне складне питання: «Наскільки гуманно відмовляти в допомозі тим, хто напевно народиться хворим, тільки потім, щоб хтось не зміг вибирати, якого кольору очі отримає його син чи дочка?». Або такий: "Навіщо гальмувати розвиток технологій, які з часом навчаться" зцілювати вже дорослих людей і дозволять скоротити витрати на охорону здоров'я (припустимо, допомога хворим з хворобою Альцгеймера обходиться скарбниці США в 226 мільярдів доларів на рік)?".

Найближчі тенденції

Етичне питання зараз стоїть гостро, як ніколи. Те, як ��менно він буде вирішене, поки не дуже зрозуміло. Однак, будуючи прогнози на майбутнє, варто мати на увазі: глобалізація науки зробила практично неможливим введення мораторіїв на проведення тих чи інших робіт. Те, що не можна зробити в одному регіоні, без проблем можна зробити в іншому. Головне — наявність групи вчених, що бажають займатися подальшими розробками, і, зрозуміло, фінансування.

А оскільки ситуація на ринку цінних паперів показує, що кошти і бажання є, цілком ймовірно, що скоро людство все ж забуде про багатьох бол��знях.

Хвороби крові — головний кандидат на забуття, оскільки у випадку з ними не так складно доставити змінені клітини в потрібне місце. Доставити клітини з «перепрограмованих» ДНК до внутрішніх органів трохи важче, однак генетики вважають, що труднощі будуть вирішені і відповідні методи будуть введені в практику в найближчі 10 років. При цьому з першими результатами роботи з клітинами, відмінними від клітин крові, можна буде ознайомитися вже досить скоро. Компанія Editas Medicine оголосила, що почне тестувати систему для лікування наследственной сліпоти вже в 2017 році.

Якщо ж маятник хитнеться в інший бік і біотехнологи не зважаться маніпулювати з геномом спочатку ембріонів, а потім і людей, генної інженерії на основі CRISPR-Cas9 або схожих систем можна буде знайти й інше застосування. Наприклад, у трансплантології. Вже зараз розглядається варіант зміни геному свиней, чиї органи використовуються для пересадки людям. Завдання маніпуляції — домогтися ідеальної сумісності» і вирішити проблему браку донорів.

Ганна Kirikov

Фото thinkstockphotos.com