Человек редактированный, или Биомедицина будущего - Киселев Сергей Владимирович

Кажется, положение безвыходное. Но почему бы не попытаться исправить дефектный ген прямо в клетках глаза, не прибегая к доставке нового гена, а с помощью системы геномного редактирования CRISPR/Cas9?

Ученые умеют доставлять в клетку целую страницу генетического текста, а вот уже пять—десять страниц не могут, и приходится переходить на новый уровень редакторской работы: не просто заменять параграф, зная, что там что-то произошло, а внимательно читать десятки страниц и менять отдельные буквы. Это как раз и позволяет делать система геномного редактирования CRISPR/Cas9. И вот уже компания Editas Medicine, которой принадлежит одно из первых достижений ге-номного редактирования — восстановление функции печени у мышей, в 2019 году получила разрешение FDA на проведение клинических исследований по исправлению гена СЕР290 с помощью CRISPR/Cas9 прямо в глазу у пациента. Понятно, что исправление гена в соматических клетках человеческого глаза никак не затрагивает клетки зародышевого пути, и эта мутация продолжит передаваться по наследству. Но благодаря даже еще не конечному, а лишь начальному, но положительному решению регулятора (FDA) по поводу планов компании, она сразу получила от инвесторов двадцать пять миллионов долларов. То есть становится возможным появление перспективного лекарственного препарата.

Не унаследовать бы изменения!

Главной целью генной терапии, естественно, является благо человека, его избавление от тяжелых заболеваний, которые другим путем не лечатся. Однако в этой книге я уже неоднократно подчеркивал, что все исследования, о которых мы говорили, были направлены на клетки взрослого организма, которые не принадлежат к клеткам зародышевого пути, а значит, все внесенные в процессе терапии генетические изменения не будут наследоваться. Почему же люди проявляют такую боязливость в отношении вмешательства в стандартный биологический процесс? Разве человечество не вмешивается постоянно в биологические процессы окружающей среды, выводя новые виды растений и животных за счет скрещиваний и модификаций?

Тем не менее факт остается фактом: человек о себе заботится больше, чем об окружающей природе. Например, когда в 1978 году родилась Лиза Браун — первый в мире ребенок, зачатый «в пробирке», это почему-то вызвало бурю негодования, и не только среди людей религиозных, но и в научном сообществе. Как посмели вмешаться? А вдруг что-то у этого человека пойдет не так? И еще неизвестно, что его ждет в будущем!

Действительно, опасность существует, когда мы повторяем некоторые естественные процессы в искусственных условиях. Наверное, также негативно воспринималось когда-то появление ребенка с помощью кесарева сечения, — это тоже вмешательство в нормальную биологию, но оно спасало жизни. А новая технология экстракорпорального оплодотворения дарила жизни, причем никаких отклонений ни у мамы Лизы Браун, ни у нее самой, ни у других десяти миллионов детей, «зачатых в пробирке», пока не наблюдается.

Почему я уделяю особое внимание технологии экстракорпорального оплодотворения? Потому что именно она дает возможность вмешательства в клетки зародышевого пути человека. Ведь на первом этапе своего развития человек представляет собой одну клетку! Потом эта клетка делится — их становится две, затем четыре и т. д. На ранних этапах все они одинаковы, неотличимы друг от друга, и только на стадии примерно ста клеток в эмбрионе начинается первая специализация, то есть появляются клетки, которые потом создадут нервную, кровеносную, пищеварительную, эндокринную, сердечно-сосудистую системы, а часть клеток станет гоноцитами и из них смогут образовываться сперматозоиды или яйцеклетки.

Если изменить генетическую информацию на самых ранних стадиях развития эмбриона, генетические изменения попадут и в клетки зародышевого пути. По достижении половой зрелости организма эти клетки полового пути естественным путем передадут введенные в них генетические изменения потомству.

Казалось бы, это так здорово! Давайте всех заранее откорректируем, чтобы никто не болел, и пусть болезни вообще устранятся из рода человеческого. Что тут скажешь? Несомненно, когда речь идет об известных моногенных неизлечимых заболеваниях, такой подход имеет право на существование. Но у людей, как правило, появляются и другие, порой опасные желания по изменению генотипа человека. В любом случае они мешают появлению естественного биоразнообразия, а значит, препятствуют развитию. Конечно, геномное редактирование, в том числе с помощью системы CR1SPR/Cas9, позволяет при необходимости заменить единственную букву генетического текста. Но даже эта, самая совершенная на сегодняшний день система все равно, увы, несовершенна. Она тоже может ошибаться. Как часто? Вроде бы нечасто, с вероятностью 10-6. Но если у нас 109 букв генетического текста в одной клетке, то даже при точности редактирования 10-6 все равно около одной тысячи букв могут быть повреждены. Эти внемишенные (off-target) изменения можно как-то предсказать и потом просмотреть соответствующие фрагменты генетического текста, чтобы выяснить, действительно ли там происходит повреждение (скажу по собственному опыту: в основном нет, не происходит). И все-таки вероятность внесения каких-то нежелательных изменений, пусть низкая, но существует. Поэтому возникает естествен-ный вопрос: допустимы ли подобные вмешательства в принципе?

В 2013 году появились первые публикации о применении системы СRISPR/Cas9 для геномного редактирования, а уже в 2014 году китайскими учеными была опубликована совершенно фантастическая работа, выполненная на приматах — мартышках. Приматы гораздо ближе к человеку, чем мыши: человек ведь тоже из отряда приматов. Китайские ученые решили на уровне одноклеточного эмбриона мартышки, то есть на только что оплодотворенной яйцеклетке, провести множественное редактирование генома — исправить генетический текст не в одном месте, а в пяти различных местах, чтобы добиться определенных признаков у потомства.

Зачем это делалось? У исследователей была благая цель. Мартышки хоть и близки к человеку, но в плане иммунной системы отличаются, и использовать обезьян, чтобы проверять на них те или иные биомедицинские технологии, связанные с иммунной системой человека, не удается. Китайские исследователи решили с помощью геномного редактирования сделать так, чтобы эти мартышки могли впоследствии быть использованы в качестве реципиентов тканей и органов человека для трансплантации.

Это очень важно, потому что сегодня ученые уже умеют выращивать «зачатки» искусственных органов (органоиды) человека для всевозможных исследований. Но прежде чем пересаживать искусственно выращенные органы, надо проверить, как они будут встраиваться в организм, взаимодействовать с другими его тканями, как туда проникнут кровеносные сосуды, как эти ткани будут иннервироваться[10]. Мы не сможем поместить в мышь выращенный печеночный органоид человека, пусть и маленький, величиной с наперсток, из-за физической и физиологической несовместимости.

Для всех таких экспериментов требуются соответствующие модельные системы, и задачей китайских исследователей в данном случае было выведение такой линии животных, которые впоследствии могли быть использованы для изучения особенностей организма человека. А для этого надо, чтобы они были иммунологически совместимы с человеком. Причем вносить изменения надо было на уровне одной клетки, чтобы они попали в зародышевый путь, и уже после этого животное-основатель (founder), в котором обнаружатся необходимые свойства, естественным путем могло передать их своим потомкам, которых впоследствии можно было бы использовать в научных целях.

Для своего эксперимента исследователи использовали сто девяносто восемь яйцеклеток (ооцитов), извлеченных из мартышек. Для этого потребовалось около сорока самок. После искусственного оплодотворения было получено сто восемьдесят шесть зигот, из которых восемьдесят три ученые подсадили тридцати суррогатным самкам. Всего развилось девять беременностей и родилось девятнадцать мутантов-мартышек. Процедура получилась длительная и очень дорогая. Но зато дальнейшие расходы сводятся к минимуму, потому что один мутантный самец с заданными свойствами менее чем за год способен естественным образом обеспечить появление двух-трех десятков потомков с необходимым генотипом. Таким образом, китайским ученым с помощью технологии геномного редактирования CRISPR/ Cas9 удалось получить линию мартышек с заданными генетическими свойствами — совместимостью с клетками и тканями человека.