Наталья Беспалова. «Редактирование генома. От бактерии до человека»

Генная инженерия — одна из легенд современной циви­лизации. С ней связано множество надежд и множество страхов. Она начала активно развиваться в последней четверти XX в.В 1980 г. Нобелевская премия по химии была присужде­на за создание метода расшифровки первичной структуры ДНК (метод представили научному сообществу в 1977 г.). Затем возникли биотехнологии, позволяющие изолировать отдельный ген и удалить его из ДНК клетки, изменив тем са­мым заданную ей программу поведения. Ученые научились вводить в клетку гены, которых там прежде не было, и отби­рать успешно модифицированные организмы. Это открывает бездну возможностей. Например, можно создать бактерии, которые будут преобразовывать нефте­продукты в белок, пригодный для употребления в пищу, или такие, которые будут вырабатывать человеческий инсулин и другие вещества, необходимые для создания ценных ле­карственных средств. Можно создавать сорта сельскохо­зяйственных культур с заданными параметрами, можно исцелять наследственные заболевания и даже сделать организм невосприимчивым к некоторым вирусам. Но эйфория ют блестящих перспектив уравновешивается страхом перед непредсказуемыми последствиями. Кампания против ис­пользования ГМО (генно-модифицированных организмов) ныне приобрела прямо-таки одиозный характер. Ярлык «Без ГМО» можно увидеть даже на пачке поваренной соли. Ну, по крайней мере, это чистая правда. Генно модифици­ровать простое неорганическое соединение NaCI, не имею­щее в своем составе ни единого нуклеотида, не говоря уже об их последовательности, мягко говоря, крайне сложно. Нельзя видоизменить то, чего нет.

Как правило, специалисты, хорошо разбирающиеся в теме, к предубеждению против ГМО относятся довольно иронично. «Не важно, какими именно генетическими манипуляциями в продукт было внесено то или иное свой­ство, — говорят они. Сейчас это генная инженерия, раньше — селекция. Сейчас это делается быстрее — в пробирке, раньше занимало в разы больше времени. Вся селекция — это генная модификация, растянутая на деся­тилетия. Одно но: селекция смешивает гены случайным образом. Значит, результат непредсказуем. То есть веро­ятность получить вредный для здоровья продукт путем обычной селекции значительно больше». Поэтому любой, в том числе и выведенный традиционном способом, но­вый сорт проходит длительное тестирование. К тому же редактирование генома сельскохозяйственных культур поможет отказаться от двух других страшилок нашего времени: пестицидов и гербицидов. Ну и, оказавшись в человеческом желудке, любая цепочка ДНК очень быст­ро распадается на отдельные кирпичики — аминокисло­ты, все последовательности смешиваются, так что ничто уже не может определить, был ли изначальный материал модифицирован или нет.

Кроме того, биологи вовсе не видят в генной моди­фикации ничего запредельно противоестественного, нарушающего установленный от века ход вещей. Гори­зонтальный перенос генов от одной взрослой особи к другой, а не от предков к потомкам существует и в дикой природе. Одноклеточные встраивают в свою ДНК фраг­менты ДНК поглощенных ими организмов. Горизонталь­ный перенос у многоклеточных посредством вирусов и некоторых паразитов тоже известен. Собственно, в современных лабораториях строительство ДНК с задан­ными параметрами осуществляется именно с помощью живых организмов — вирусов и бактерий.

Используемая в настоящее время методика, позво­ляющая вырезать из ДНК одни участки и вставлять на их место другие, называется CRISPR/Cas9. В ее основе лежит имеющая вполне естественное происхождение иммун­ная система прокариот: бактерий и архей под названием CRISPR (clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats— «короткие палиндромные (одинаково читаю­щиеся в обоих направлениях) повторы, регулярно рас­положенные группами»). Она открыта японскими учены­ми в 1987 г. во время изучения кишечной палочки. Было замечено, что на определенном участке геном состоит из повторяющихся элементов, разделен­ных уникальными, не повторяющимися по­следовательностями (спейсерами). В сере­дине 90-х подробное исследование CRISPRпровел испанский ученый Франсиско Мохика. Он обнару­жил этот механизм у ряда разнообразных прокариот, но его функция оставалась загадкой до 2005- 2007 гг, когда сразу несколько научных групп пришли к выводу, что CRISPRне кодирует наследственные призна­ки, а связан с иммунитетом. Последовательность спейсеров близка к последовательности вирусов и служит для их опознания. С помощью особых, ассоциированных с CRISPRбелков и РНК он распознает пораженный виру­сом участок ДНК, вырезает его и уничтожает.

В 2012 г. группы Шарпентье и Дженнифер Дудны из Университета Беркли опубликовали совместную статью в Science,где предложили способ перепрограммирова­ния системы CRISPR/Casтаким образом, чтобы она стала направленно разрезать ДНК в участках, целенаправлен­но выбранных исследователем. Вскоре были созданы ин­струменты, позволявшие редактировать геном не толь­ко у бактерий, но и у многоклеточных.Существует, однако, область применения генных технологий, в отношении которой и научное сообщест­во традиционно проявляет большую осторожность. Это изменение человеческого генома. По-видимому, дело здесь не столько в повышенной степени риска неудачи, сколько в цене ошибки. Отдельно пугает то, что искусст­венно измененная ДНК будет передаваться следующим поколениям, и незаметные, на первый взгляд, последст­вия «правки» могут нанести серьезный урон в будущем. Плюс устрашающие картины радикальных социальных последствий — человечество, разделяющееся на разные биологические виды, потомков тех, кому генные измене­ния оказались доступны, и тех, кому они не по карману.Притом активное долголетие первых позволит им на­копить на протяжении жизни гораздо больше знаний и навыков, чем вторым. Образуется обратная положитель­ная связь, которая будет неотвратимо увеличивать обра­зовавшийся разрыв. Классовое и сословное расслоение былых времен по сравнению с этим — детские игрушки.

На сегодняшний день большинство технологически развитых стран, несмотря на заманчивые медицинские перспективы, вводят жесткие ограничения на экспери­менты такого рода. В декабре 2015 г. в Вашингтоне про­шел Международный саммит по редактированию генов человека. Члены саммита пришли к выводу, что про­должать эксперименты по изменению генома человека можно, но в строгом соответствии с законодательством.

Законодательство же базируется на Конвенции о правах человека и биомедицине (Совет Европы, 1997).Все это довольно расплывчато, и возникает неизбеж­ный вопрос, а имеем ли мы право приносить в жертву своим неясным страхам вполне реальную возможность уже завтра исцелить, скажем, гемофилию или синдром Дауна? В 1997 г. это вопрос казался еще более-менее аб­страктным, но сейчас он встает ребром. В США, Канаде, Австралии и большинстве стран Европы на эксперимен­ты с человеческим геномом наложен мораторий. Но в Великобритании в том же 2015 г. заявку на выполнение экспериментов по изменению структуры ДНК с чело­веческими эмбрионами подала доктор Кэти Ниакан из Института Фрэнсиса Крика (Лондон). 1 февраля 2016 г. Управление по эмбриологии и фертилизации человека ее удовлетворил.

В минувшем году в США были приостановлены иссле­дования в области выращивания генно-модифицирован­ных овец с органами, пригодными для трансплантации человеку. Пресса снабжала материалы об этом успешном эксперименте завлекательными и жутковатыми заголов­ками типа: «Ученые впервые вырастили химеру человека и овцы». Хотя в действительности нигде в подвалах Стэнфордского университета не бродят минотавры и не пря­чутся бараны с человеческой головой. Генные инженеры называют химерой организм, составленный из двух или более наборов разнородных клеток. Конечной задачей данного исследования является создание животного (вероятно, овцы или свиньи), имеющего внутренний ор­ган (к примеру, печень), мало отличающийся от челове­ческого и годный для пересадки. Для этого общее коли­чество человеческих клеток в организме химеры должно составлять не менее 1 %.

Заявленный результат еще далеко не достигнут, к нему всего лишь сделан очередной шаг. «Число челове­ческих клеток в этом зародыше крайне мало, — успо­каивает взволнованную публику ХироНакаути, один из авторов исследования, — он никогда бы не превратит­ся во что-то подобное свинье или овце с человеческим лицом или мозгом. В среднем лишь одна из тысячи или десяти тысяч его клеток была «унаследована» от чело­века». Притом такого рода химера вовсе не первая. Вве­сти в зародыш животного (свиньи или овцы) стволовые клетки человека в строго определенный период разви­тия и получить жизнеспособный эмбрион получалось и раньше. Но в прежних экспериментах человеческие и животные клетки соотносились приблизительно как 1:100 000. Теперь, благодаря применению новой техно­логии, процент человеческих клеток в химере удалось увеличить на порядок. Тем не менее на 28-й день эксперимента, после того как исследователи убедились, что эмбрионы развивают­ся нормально, эксперимент был прерван из этических соображений. Посчитали, что он подпадает под морато­рий на работы с модификацией человеческого генома, действующий на территории США.Также в 2018 г. биологам из Пенсильванского уни­верситета удалось пренатально отредактировать гене­тическую мутацию у мышей. Совместно с врачами Дет­ской больницы в Филадельфии они впервые применили внутриутробную технологию генного редактирования CRISPRна мышах. Ими была поставлена цель— предо­твратить рождение грызунов со смертельной болезнью печени, которая встречается и у людей, и метод прена­тального вмешательства полностью себя оправдал. Не относись он к генной инженерии, на горизонте уже бы маячили клинические испытания.

В Китае строгие ограничения на эксперименты с че­ловеческим геномом не действуют, и в ноябре 2018 г. мир облетело сенсационное сообщение: в Шэньджене родились первые в мире генетически отредактированные де­вочки-близнецы.Эксперимент проводился в рамках программы борь­бы со СПИДом, и его целью было сделать человека неу­язвимым для ВИЧ-инфекции. Были изменены ДНК эмбри­онов, полученных от семи пар, обратившихся к врачам за искусственным оплодотворением. У всех участвовав­ших в эксперименте отцов был обнаружен ВИЧ. Матери были здоровы. Защитить мать и будущего ребенка от за­ражения современные технологии позволяют, речь шла о неуязвимости для ВИЧ-инфекции в будущем. Для это­го требовалось «выключить» ген CCR5, который связан с формированием белка, позволяющего вирусу попасть в клетку. Всего они изменили 16 из 22 полученных эмбри­онов. 11 из них были использованы для искусственного оплодотворения, которое закончилось беременностью лишь у одной пары — прижились сразу два эмбриона.

Подробности известны не слишком хорошо, толь­ко из выступления руководителя работы ХеЦзянькуя на конференции в Гонконге. Публикации в престижных международных журналах не было, возможно, именно потому, что эксперимент противоречит принятым в ми­ровом научном сообществе этическим и правовым нор­мам. Реакция на новость была бурной и противоречивой. Даже многие коллеги-соотечественники, несмотря на от­сутствие в китайском законодательстве прямого запре­та, назвали эксперимент преждевременным и этически неоправданным. Но раздаются голоса и в поддержку Хе. Джордж Черч, генетик из Гарварда, первым показавший возможность редактирования генома высших организмов, в том числе человека, считает это допустимым, так как ВИЧ представляет очень серьезную угрозу для че­ловечества. Вместе с тем ряд специалистов отмечают, что отсутствие гена CCR5, защищая от ВИЧ, может нести дополнительные риски, связанные с другими заболе­ваниями. В общем, научный мир лихорадит, и отовсюду раздаются голоса о необходимости более совершенного правового урегулирования в этом вопросе.

Проблема, и правда, непростая. Похоже, редактиро­вания человеческого генома, так или иначе, не избежать. И не только «потому, что можем». Один из бичей наше­го времени — рост наследственных заболеваний, и он, как это ни парадоксально, напрямую связан именно с успехами медицины и повышением уровня жизни. Было время, когда девочки с врожденным пороком сердца по­просту не доживали до детородного возраста. Позже та­ким женщинами настоятельно не рекомендовали рожать из-за высокого риска умереть при родах. Сейчас эта про­блема успешно решается, что не может не радовать, но при этом неизбежно повышается вероятность получить в наследство соответствующий ген. Разрешить этот пара­докс может только медицинское вмешательство на ген­ном уровне. Но нельзя не признать, что пока накоплено маловато знаний о том, что происходит с пережившими редактирование генома млекопитающими во втором, третьем, четвертом поколении. Да и современные соци­ально-политические институты не производят впечатле­ния как такие, которые смогут в случае чего загнать этого джинна обратно в бутылку. Так может,правы те, кто пока не торопится его выпускать?

Источник: журнал «Наука и техника» №1 2019