Наука и практика,

«Темная сторона» генной инженерии: почему редактировать людей еще рано

В День ДНК разбираемся вспоминаем факты медицинской революции.

23 апреля 2019 года закончилась патентная война за право называться первооткрывателями технологии CRISPR/Cas. Ее вели несколько крупных научных центров. Патент на одно из самых выдающихся открытий в области биологии получили Эммануэль Шарпантье, Дженнифер Дудна, Мартин Джинек и Кшиштоф Хылински (университеты Калифорнии и Вены, а Массачусетский технологический университет остался за бортом).

Генная инженерия — одна из самых перспективных областей науки. Возможность изменять живые организмы на уровне их генов — непаханое поле для работы, а с недавних пор работа по редактированию человеческого генома буквально кипит. Это стало возможным благодаря изучению и развитию технологии редактирование генома CRISPR/Cas.

Paul Hudson/Flickr.com/CC BY 2.0

Наследственные болезни

Причиной генетических болезней становится мутация в генах. Она может передаться от кого-то из родителей, а может возникнуть сама по себе. Если представить себе гены как компоненты программы, по которой создается человек, то мутация — это ошибка в такой программе. Насчитывают более 6000 видов наследственных заболеваний. Поскольку до недавнего времени не существовало технологий, способных справиться с причиной наследственной болезни, то есть «починить» дефектный ген, то лечение предлагалось в основном симптоматическое — его целью было смягчить проявления болезни.

Казалось бы, технология CRISPR/Cas может помочь в удалении причины патологии, той самой мутации: нужно «всего лишь» сперва вырезать с ее помощью дефектную последовательность, а затем запустить в организм безопасный вирус, спроектированный так, чтобы он мог доставить в нужное место и разместить там «правильный» фрагмент ДНК. Однако не все так просто. На нынешнем этапе развития технология изучена недостаточно. Хотя опыты с растениями начались уже в 2012 году, сразу же после того, как был представлен сам метод, а затем «подключили» и животных, о полноценной генной терапии для человека говорить еще рано.

Обратная сторона силы

Эксперименты показали, что внешняя управляемость системы CRISPR/Cas — это миф. Да, технология работала, но она меняла не только тот фрагмент ДНК, который планировалось, но и некоторые другие фрагменты. Сперва дополнительные изменения казались небольшими, но в 2018 году ученые из Кембриджа обнаружили, что CRISPR/Cas может удалять последовательности из тысяч оснований ДНК или даже полностью переделывать их. Выяснилось это случайно — группа специалистов под руководством Майкла Косицки попробовала изменить участки ДНК, которые до них еще никто не трогал, — некодирующие гены под названием «интроны». Казалось бы, перемены в этих генах вообще не должны затрагивать работу остальных, но на деле после воздействия CRISPR ДНК в некоторых клетках вообще исчезла. Руководитель группы заявил, что при лечении смертельных заболеваний такой риск, возможно, оправдан, но в любом случае технология требует самых тщательных изысканий.

blinq/Flickr.com/CC BY 2.0

С учетом того, что сама технология открыта только в 2012 году, как проявит себя генная терапия у людей в долгосрочной перспективе, предугадать пока нельзя. Предшественники CRISPR/Cas проявили себя не слишком хорошо — так, в 1999 году при введении «безопасного» вируса с нужной генетической информацией в организм 18-летнего юноши у него активизировалась иммунная система, что в конечном итоге привело к его смерти. В 2014 году при лечении «синдрома мальчика в пузыре» (тяжелого комбинированного иммунодефицита) у некоторых больных развился лейкоз как побочный эффект из-за активации онкогена. Некоторое количество исследований показало, что применение генной инженерии снижает устойчивость организма к раку.

На данный момент полноценные масштабные исследования именно CRISPR/Cas на людях еще не начались. В 2016 году в Китае впервые использовали эту технологию для изменения генома пациента с агрессивным раком легких (он был одним из 10 участников мини-исследования), и результаты использования пока не известны. Лидер научной группы Лу Ю в одной из своих публикаций акцентировал внимание на том, что необходим государственный контроль за применением технологии, так как она может стать инструментом не для лечения, а для получения прибыли, кроме того, генетическая модификация остро ставит вопросы этики.

Подтверждением такой необходимости стали эксперименты другого китайского ученого — Хэ Цзянькуя. В 2018 году он заявил, что модифицировал геном двух эмбрионов женского пола таким образом, чтобы они не могли заразиться ВИЧ — после процедуры ЭКО «отключил» ген CCR5, с помощью которого вирус проникает в организм человека. Редактирование генома зародышей проводилось и до Цзянькуя, но это были нежизнеспособные эмбрионы (из этических же соображений), а в его случае родились две здоровые (по словам специалиста) девочки. Их мать была здорова, отец — носитель ВИЧ. Власти Китая подтвердили, что опыты Хэ Цзянькуя действительно происходили, однако как руководство страны, так и университет, в котором работал ученый, выступили против несанкционированных исследований (подобная работа в Китае запрещена).

Eirik Newth/Flickr.com/CC BY 2.0

Цзянькуя отстранили от работы, университет заявил, что не имеет к его работе никакого отношения. Действительно ли дети здоровы, восприимчивы ли они к ВИЧ, и будут ли какие-либо еще последствия у редактирования их генома (в том числе у их потомства) — неизвестно. Мало того, сама идея деактивации гена CCR5 довольно сомнительна: ВИЧ в современном мире вполне поддается контролю, антиретровирусная терапия неоднократно показала свою эффективность. Даже если ребенок рождается у ВИЧ-инфицированной матери, лекарства могут снизить риск заражения младенца до 2-3%. Фактически Хэ Цзянькуй использовал непроверенную технологию в ситуации, не угрожавшей жизни человека. При этом ВИЧ все еще может попасть в организмы девочек другим способом, а изменение гена CCR5 делает детей более восприимчивыми к гриппу и лихорадке Западного Нила. Родителям Лулу и Наны Цзянькуй сказал, что разрабатывает вакцину от ВИЧ, то есть при подписании согласия они не знали, на что соглашаются.

Впрочем, документы ученый подделывал в течение всего времени своей работы. Последние новости о нем были опубликованы в январе 2019 года — на тот момент он находился под охраной и ждал суда. Что с ним происходит сейчас — неизвестно. Агентство «Синьхуа» тогда же в январе сообщало, что Цзянькуй будет наказан в соответствии с законодательством — возможно, это уже произошло. Этот случай иллюстрирует, насколько опасной может стать революционная технология в руках недобросовестного человека.

Посмотрите также галерею людей с аномалиями, к которыми привели вчастности и генетические мутации.

Другая сторона вопроса связана с ситуациями, в которых допустимо прибегать к редактированию генома. Национальная академия наук США настоятельно рекомендует использовать генную инженерию, только когда это необходимо по медицинским показаниям, а не когда, например, родителям захочется изменить геном своих детей, чтобы сделать их более умными, сильными или талантливыми. В последнем случае — поскольку генная инженерия достаточно дорога — бесконтрольное ее применение приведет к дальнейшему расслоению общества: богатые будут иметь возможность изменять свои гены как им захочется, а у бедных такой возможности не будет.

Еще одна проблема — невозможность получить действительно информированное согласие родителей при редактировании генома детей — никто не знает, какими могут быть долгосрочные последствия изменений, они могут проявиться и спустя поколения. Специалисты предупреждают: хотя многие ученые считают, что они полностью контролируют свои эксперименты, всегда есть вероятность ошибки, а в случае генной инженерии эта ошибка может распространиться по всему миру, и контролировать этот процесс будет невозможно. Опасность так велика, что, например, бывший директор Института национального здравоохранения призвал полностью прекратить работу по крайней мере над теми направлении в CRISPR, которые относятся к мутациям, способным передаваться между поколениями.

Тем не менее нельзя сказать, что технология CRISPR/Cas и другие разновидности генной инженерии — это провальный путь. Если они будут находиться под жестким контролем государства и применяться только в случаях жизненной необходимости — это будет спасение для людей с наследственными заболеваниями. Однако пока соответствующие правовые нормы еще не разработаны, сами технологии изучены недостаточно и мировое сообщество еще не пришло к консенсусу относительно их этичности, к повсеместному использованию генной инженерии мир еще не готов.

shellac/Flickr.com/CC BY 2.0

Взгляд в историю

Все началось в 1987 году, когда японские ученые обнаружили в геноме кишечной палочки странные повторяющиеся последовательности, между которыми, в свою очередь, располагались разнообразные фрагменты ДНК. На тот момент назначение этих последовательностей было неясным. В 1993 году аналогичные последовательности были обнаружены у археи Haloferax mediterranei испанцем Франсиско Мохикой. Повторы стали называть «короткими палиндромными повторами, регулярно расположенными группами» (clustered regularly interspaced short palindromic repeats или CRISPR). Участки ДНК между ними также получили имя — они называются спейсеры от английского слова space — «пространство».

Дальнейшее изучение показало, что ДНК, представленная в спейсерах, соответствует ДНК вирусов-бактериофагов. Встреча с новым вирусом приводила к созданию нового спейсера. После серии экспериментов, завершившейся в 2007 году, ученые определили CRISPR как «библиотеку» знаний о вирусах. Если бактерия встречала повторно какой-либо вирус-бактериофаг, она передавала данные из «библиотеки» белкам Сas — это белки, которые отвечают в том числе за разрушение враждебной ДНК. Соответственно, они уничтожали бактериофаг «по наводке», при этом наводчиком выступала РНК, синтезированная бактерией в соответствии с типом узнанного бактериофага.

В 2012 году специалисты из нескольких университетов (независимо друг от друга, собственно, с тех пор и велась война за патент) предложили способ редактирования генома с помощью CRISPR/Cas: этот способ заключается в том, что ученые (или врачи), создавая определенные РНК, указывают белку Cas, какую именно последовательность в ДНК необходимо разрушить. Это и открыло дорогу для исследования CRISPR/Cas как метода лечения генетических заболеваний.

Посмотрите тажке галерею биохакеров — людей, которые пытаются обмануть природу.

 

Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Илья Муромец
Да, надо еще многое узнать и понимать, что и как работает в клетке. Ну, хотя бы понять, как в одной клетке могут проходить десятки биохимических реакций и они не мешают друг другу. Подобных вопросов десятки.
СсылкаПожаловаться
Илья Муромец
Простите, господа, продолжу. Кому нужны подобные статьи? Пенсионерам, которые хотят показать свою ученость и пишут здесь что-то вроде "Письма ученому соседу". Посмотрите, нам постоянно показывают, что иностранцы что-то делают, а что делают наши генетики, онкологи, иммунологи и пр. Они все разучились думать, не обращают внимание на известные факты, о которых еще недавно рассказывали им профессора в институтах. Решать любую проблемы надо комплексно и здесь нужны не только генетики, но и думающие врачи, вирусологи (если такие еще остались в нашей стране). Много существует интересных феноменов, зная которые и понимая, как ими можно будет управлять, можно сделать интересные открытия. Ну, чего метать бисер... Приведу простой пример с ОСПОЙ. опухолевая ткань создает вокруг себя некий защитный барьер, а ведь так и поступает вирус оспы! Вирус осповакцины, или коровьей оспы знаменит дважды. Первый раз он прославился, как первая живая вакцина, избавившая человечество от оспы, а второй раз – как обладатель самого большого на данный момент (1992 г.), полностью расшифрованного генома вируса (его ДНК содержит 200000 пар нуклеотидов).При анализе полученной информации, неожиданным оказалось, что ген SalF7L, кодирует белок, на 31 % гомологичный по структуре человеческому ферменту ОСДИ (3-оксистероиддегидрогеназа 4-5 изомераза). Как известно ОСДИ катализирует окисление ОН группы в положении 3 стероидного кольца и перемещение двойной связи. Но это заключительная стадия биосинтеза прогестерона – стероидного гормона млекопитающих! Но ведь стероидные гормоны в организме человека синтезируются только специализированными клетками коры надпочечников, яичников или семенников, или плацентой; в остальных же тканях соответствующие гены молчат – в том числе и в клетках кожи, которые поражает вирус оспы. Так для чего вирусу прогестерон? Известно, что в организме этот гормон служит исходным сырьем для синтеза глюкокортикоидов – гормонов стресса, которые подавляют иммунитет.
СсылкаПожаловаться
Илья Муромец
Возможно, что выработанный в зараженной клетке по лицензии вируса прогестерон проникает в ткани, окружающие инфекционный очаг, и ослабляет их защитную реакцию, помогая тем самым вирусу распространяться. Да, генетика важна, но надо знать и простые приемы, которые могут быть полезными в борьбе со многими заболеваниями. Ну, подумайте, почему у больных Альцгеймером практически не бывает ПОДАГРЫ, а вот у гениев это встречается часто. Может понимая простые вещи можно тоже решить сложные проблемы.
СсылкаПожаловаться
Чтобы оставить комментарий, вам нужно авторизоваться.
Знаков: 0 из 2000
Вы не ввели текст отзыва
Знаков: 0 из 2000
Вы не ввели текст отзыва