Генное редактирование изменит мир быстрее, чем мы думаем

CRISPR и медицина

2017 год еще раз продемонстрировал огромные возможности генетического редактирования в медицине. Например, оно может изменить трансплантологию. Рост квалификации хирургов и новые технологии позволяют проводить фантастические операции, но все эти чудеса остаются маловостребованными из-за крайне низкого числа донорских органов. Так, в Великобритании пересадка сердца ежегодно требуется 15 000 пациентам, но получить ее могут только 150. Решением может стать использование органов свиней, чей геном отредактирован таким образом, чтобы не вызывать негативных последствий для рецепиента. Не менее острая проблема — распространение устойчивых к антибиотикам бактерий — также может быть решена с помощью CRISPR. Сразу несколько команд исследователей работают над тем, чтобы уничтожать подобные «супермикробы» с помощью генномодифицированных вирусов.

Сообщения о том, что с помощью CRISPR исцелили то или иное заболевание, становятся привычными. Так, ученым удалось вылечить слепоту и миодистрофию — правда, пока только у мышей. Скептики часто с сомнением реагируют на результаты, продемонстрированные на грызунах, но и для них есть потрясающие новости — например, о том, как мальчику, страдающему от редкого заболевания, пересадили квадратный метр генетически отредактированной кожи. Новая кожа, заменившая 80% старой, пораженной болезнью, была выращена из 3 кв. см, которые подвергли воздействию модифицированного вируса. Возможно, уже в этом году мы увидим компании, которые поставят генную терапию на поток и начнут лечить с ее помощью серповидно-клеточную анемию, талассемию и другие наследственные заболевания. И, конечно, CRISPR продолжат использовать для борьбы с раком — например, модифицируя имунные клетки человека так, чтобы они эффективнее находили и уничтожали злокачественные опухоли.

Ученые наконец осуществили с помощью генного редактирования то, что еще недавно считалось фантастикой — изменили геном непосредственно в организме взрослого человека. Метод использовали для лечения болезни Хантера — редкого генетического заболевания, связанного с нехваткой важного фермента в печени. В организм 44-летнего мужчины ввели миллиарды копий корректирующих генов и инструментов, необходимых для их внедрения; в данном случае это была не CRISPR, а метод цинкового пальца. Исследователи рисковали, но у пациента, перенесшего 26 операций, не было выбора. В случае успеха ученые проведут аналогичную терапию для больных гемофилией и фенилкетонурией. Также в прошлом году с помощью CRISPR был впервые генетически модифицирован жизнеспособный человеческий эмбрион — вначале в Китае, а затем в США. В обоих случаях зародыш избавили от нескольких мутаций, отвечающих за наследственные заболевания, но развиваться ему не позволили из этических соображений. Впрочем, реальность американской работы поставили под сомнение научные оппоненты.

CRISPR как оружие

Генетическое редактирование может стать и настоящим оружием. О применении его против людей речи, к счастью, пока не идет — имеются в виду животные-вредители, например, комары. Сами по себе эти насекомые в подавляющем большинстве безвредные, но они способны переносить различные заболевания — от желтой лихорадки до малярии. Эти болезни наносят многомиллиардный ущерб мировой экономике и убивают сотни тысяч людей в год. Специалисты предлагают отредактировать геном комаров так, чтобы они больше не могли переносить возбудителей заболеваний. Другой вариант — истребить их полностью или существенно сократить популяцию, выпуская бесплодных самцов. Такой подход разделяет компания DARPA, вложившая в исследования «боевой» CRISPR $100 млн. Экологи с беспокойством следят за подобными инициативами: уничтожение целого вида может разрушить экосистемы, а наличие технологии, способной истреблять популяции, в руках правительства или бизнеса, представляет серьезную угрозу для окружающей среды.

С куда большим сочувствием эксперты смотрят в сторону Новой Зеландии, где с помощью CRISPR планируется истребить хищников и грызунов. Когда-то в этой стране не было млекопитающих кроме ластоногих и летучих мышей, но человек завез сюда крыс, кошек, горностаев и поссумов. Млекопитающие быстро превратились во вредителей, уничтожающих местную фауну — в первую очередь птиц, миллионы лет живших в мире без хищников. Многие виды уже вымерли, и чтобы сохранить оставшееся биоразнообразие, правительство Новой Зеландии готово на жесткие меры. По плану, к 2050 году на островах не должно остаться завезенных животных. Традиционно в борьбе с ними использовали яд и ловушки, но создание генетической системы, самостоятельно распространяющейся по популяции и сокращающей успех размножения, куда эффективнее и безопаснее для аборигенных видов. В настоящее время новозеландские ученые изучают, не нанесет ли генетическая война больше вреда, чем пользы.

Компания Monsanto давно превратилась в глазах общественности в синоним «корпорации зла» из голливудских фильмов и пугает многих не меньше, чем гипотетическое «генетическое оружие». Однако цели, которые она озвучивает, кажутся благими: так, биотехнологический гигант планирует использовать CRISPR, чтобы вывести новые сорта растений, более урожайные и устойчивые к экстремальным условиями среды. Возможно, именно эта технология поможет накормить растущее население нагревающейся Земли. Сельское хозяйство будущего будет использовать и генную модификацию животных — например, в Китае уже создали свиней с пониженным содержанием жира, заменив часть их генов генами мышей.

Соперники и наследники CRISPR

При все своих достоинствах, CRISPR — несовершенная технология. При разрезании ДНК и внедрении в геном нужного гена не исключены ошибки: например, можно случайно задеть соседний ген или вызвать мутацию. Этих недостатков лишена методика, которую предложили специалисты из Медицинского института Говарда Хьюза. Вместо того, чтобы вставлять и вырезать целые куски ДНК, они заменяют отдельные нуклеотиды в ней, переписывая «буквы», которыми записан геном. CRISPR часто сравнивают с ножницами — в таком случае новую технологию можно назвать «карандашом». Она идеальна для исправления единичных вредных мутаций.

Другая альтернатива — эукариотическое многократное генное редактирование (eMAGE) — также позволит внедрять новые гены, не разрезая ДНК. А исследователи из стартапа Homology Medicines утверждают, что научились заменять поврежденные участки генома на отредактированные, используя естественные механизмы клеточного деления. По их словам, им удалось с помощью особых вирусов сделать этот процесс управляемым. Правда, нам следует дождаться строгой научной проверки заявленных результатов. Во многих случаях вместо генной модификации эффективнее использовать так называемое эпигенетическое редактирование. В таком случае цепочка РНК, фермент и активатор транскрипции располагаются у нужного гена и запускают его работу. Ген не нужно вырезать или вставлять — достаточно восстановить его функцию.

Возможно, разумнее всего не отказываться от CRISPR, а улучшить ее. Например, вирус, доставляющий РНК и фермент в ядро клетки, может быть атакован иммунной системой, что снизит эффективность метода. Чтобы избежать этого, в качестве вектора можно использовать наночастицы. Технология была испытана сотрудниками МТИ на мышах и показала отличную эффективность: нужные гены оказались отредактированы в 80% клеток. Также технологию можно модифицировать для иных целей. Например, лишить этот инструмент возможности вырезать куски ДНК, оставив только умение прикрепляться к нужной точке генома. В таком случае CRISPR станет идеальной меткой, указывающей расположение мутаций, которые затем можно будет рассмотреть с помощью атомно-силового микроскопа. Это позволит, например, выявлять генетические нарушения, ведущие к различным заболеваниям. Метод будет более эффективным, нежели традиционные секвенирование и флуоресцентная гибридизация.

Страхи и сомнения

Как и любая новая технология, генное редактирование вызывает в обществе недоверие. Многие из нас до сих пор боятся есть продукты с ГМО, так что не стоит удивляться протестам против вмешательства в генетический код человека или популяций диких животных. Но если многие страхи легко списать на биологическую неграмотность, то у специалистов по этике есть более серьезные возражения. Что если, научившись редактировать геном эмбрионов ради борьбы с генетическими заболеваниями, мы станем производить на свет «дизайнерских» младенцев с заранее известным цветом глаз и уровнем интеллекта? Специалисты в области генетики считают эти страхи обоснованными, но преувеличенными. Во-первых, геном не определяет то, чем мы являемся, на 100% — не менее важную роль играют воспитание и среда, в которой мы развиваемся. Во-вторых, две других технологии, внедрение которых считали первыми шагами к антиутопиям в духе «Гаттаки», за десятилетия показали свою безопасность. Речь идет об ЭКО и амниоцентезе (анализе околоплодных вод и тканей плаценты). Скорее всего, так же будет и с CRISPR, хотя государственный контроль ее использованию не повредит.

И он уже осуществляется: так, FDA запретило продавать наборы для генетического редактирования в домашних условиях (которые, судя по всему, еще и совершенно бесполезны). Тем, кто хочет поиграть в генного инженера, лучше делать это под присмотром специалиста, например, на курсах, которые организует нью-йорский стартап Genspace. За $100 в месяц любой желающий сможет получить доступ к лаборатории и всему необходимому оборудованию. А за $400 можно пройти интенсивный четырехдневный курс технологии CRISPR на примере дрожжей. Хотя большинство участников приходят в лаборатории ради развлечения, с собой они уносят знания о генном редактировании и этических нормах при работе с ним.

Различные технологии генетического редактирования уже позволили достичь фантастических результатов, пусть мы так и не увидели пока возрожденных мамонтов и дизайнерских младенцев. И победное шествие генной инженерии уже не остановить — ни в медицине, ни в сельском хозяйстве. Скептики могут беспокоиться по этому поводу, но лучшее, что они могут сделать — попытаться приспособиться к этому новому миру.