Человек отредактированный

Открытие способа редактирования генома, за которое в 2020 году присудили Нобелевскую премию по химии, обещает революцию сразу во множестве областей — от сельского хозяйства до медицины. В теории оно даже способно избавить человечество от многих болезней — если генетически редактировать эмбрион. Plus-one.ru рассказывает, как работает эта технология, почему она стала предметом судебных разбирательств между своими создателями, как завоевывает мир и одновременно становится поводом для этических споров.

Как устроены «генетические ножницы»

В 2012 году французская микробиолог Эммануэль Шарпантье (Университет Умео, Швеция) и американская биохимик Дженнифер Дудна (Калифорнийский университет в Беркли), исследуя систему бактериального иммунитета CRISPR/Cas9, пришли к революционному выводу, что ее можно использовать для направленного редактирования ДНК.

Система эта, как следует из названия, состоит из двух элементов:

Открытие же заключалось в том, что система поддается программированию. С помощью химического или ферментативного синтеза можно получить искусственную CRISPR-РНК с заданными исследователем генетическими последовательностями. Ориентируясь на нее, Cas9 будет с высокой точностью находить нужные участки генома и совершать разрезы именно в этих местах. Технология позволяет не только удалять гены, но и вставлять на их место другие — достаточно добавить специальные ферменты, участвующие в восстановлении ДНК.

Технологии изменения геномов живых существ существовали и до этого открытия — генная инженерия развивалась всю вторую половину XX века. Однако более точного, надежного и доступного в широком применении метода мировая наука не знала.

Споры о первенстве, патентные войны и миллиардные рынки

Совместная работа Дудны и Шарпантье была опубликована в Science в августе 2012-го. Однако Нобелевский комитет тянул с присуждением аж до 2020 года — потому что нужно было определиться, кому собственно ее присуждать.

Практически одновременно с Шарпантье и Дудной аналогичную работу проделал литовский ученый Виргиниюс Шикшнис из Вильнюсского университета. Статью об открытии он представил к публикации раньше «конкуренток», однако вышла она на месяц позже — в сентябре 2012-го, в журнале PNAS. Такое стечение обстоятельств стоило Литве собственного нобелевского лауреата. Впрочем, научное сообщество все же признает значение работы, проделанной Шикшнисом: в 2018 году он удостоился норвежского аналога Нобелевки — премии Кавли (с денежным вознаграждением в $1 млн).

Следующим шагом стала работа исследовательской группы Чжан Фэна из американского Института Броуда (дочернее учреждение MIT и Гарвардского университета). В 2013 году в публикациях в Science и Nature Фэн показал, что механизм CRISPR/Cas9 можно применять на живых клетках высших животных, в том числе человека.

Грибы, победившие регуляторов

В 2016 году в США поступили в продажу шампиньоны, которые не темнеют на солнце, — первый продукт, полученный с помощью CRISPR/Cas. Их вывел сотрудник Пенсильванского университета Инун Ян. Ученому удалось отключить ген, отвечающий за выработку фермента, из-за активности которого ткань со временем темнеет на воздухе. Оказалось, что такие грибы привлекательнее для потребителя.

Пример, конечно, анекдотичный, но ученые по всему миру исследуют возможности выведения с помощью CRISPR/Cas самых разных культур — от кукурузы и риса, устойчивых к суровым условиям и дающих больше зерна, до какао с иммунитетом к вирусам, уничтожающим посевы в Западной Африке.

С одной стороны, уже в этом десятилетии мир может охватить революция в производстве пищи, способная решить проблему голода. С другой — прогресс во многом зависит от позиции регуляторов. Так, в июле 2019-го Евросоюз приравнял CRISPR-отредактированные растения к ГМО-продуктам, на производство и распространение которых наложены жесткие ограничения.

Генетические убийства по половому признаку

В 2019 году исследователи из Тель-Авивского университета под руководством Уди Кимрона и Мотти Герлица первыми нашли способ регулировать число самок и самцов в пометах млекопитающих генетическим способом. Метод заключался во внесении в геном эмбрионов выбранного пола летальных изменений, в результате которых зародыши погибали до рождения.

В результате эксперимента соотношение потомства у отредактированных пар составило 3:20 в пользу самок, в то время как у контрольной группы оно оказалось 23:14 в пользу самцов. Это важное достижение для сельского хозяйства: к примеру, молоко и яйца дают только самки, а самца для размножения достаточно одного на десятки самок. При этом в природе соотношение полов у потомства близится к 1:1.

Победа над неизлечимыми болезнями

В 2017 году Лей Сюй из Пекинского университета в ходе клинического исследования попытался с помощью CRISPR/Cas9 создать устойчивость к ВИЧ в человеческих клетках крови. Результаты были опубликованы в 2019‑м. Врачи из исследовательской группы взяли у пациента с ВИЧ-инфекцией и T-клеточной лейкемией кроветворные клетки, отредактировали их и ввели обратно. С одной стороны, достичь заявленной цели не удалось: отредактированных клеток оказалось слишком мало (лишь 5-8% от общей кроветворящей популяции). С другой — за 19 месяцев не обнаружилось никаких незапланированных изменений или побочных эффектов, клетки не превратились в опухолевые. Таким образом, эксперимент стал первым продолжительным наблюдением за CRISPR-отредактированными клетками в организме человека, подтвердившим, что они безопасны.

В ноябре 2019-го американские биомедицинские компании CRISPR Therapeutics и Vertex заявили об успешном экспериментальном лечении наследственных болезней крови с помощью CRISPR/Cas9. В исследовании участвовали две пациентки с двумя разными заболеваниями: бета-талассемией и серповидноклеточной анемией. Обе болезни связаны с мутацией в гене гемоглобина, отвечающего за передачу кислорода в крови. Лечить их решили, заменив гемоглобин в крови пациенток на фетальный, то есть тот, что производится в организме в детском возрасте и не подвержен этой мутации. Для этого у пациенток взяли клетки, производящие гемоглобин, отключили у них ген, тормозящий производство фетального гемоглобина, и ввели их обратно. Неотредактированные клетки уничтожили с помощью химиотерапии. В результате пациентке с бета-талассемией больше не требуются переливания крови (она проходила процедуру до 16 раз в год), а пациентка с серповидноклеточной анемией перестала страдать от закупорки сосудов.

Тогда же в Медицинском центре Пенн (США) под руководством Карла Джуна стартовали испытания CRISPR-терапии рака. У трех пациентов — двоих с множественной миеломой и одного с саркомой — взяли Т-лимфоциты. Отредактированным генам придали способность распознавать раковые клетки и сопротивляться их подавляющему действию, после чего ввели обратно в организм. Ученые сообщили о предварительных результатах: отредактированные клетки успешно прижились у всех трех пациентов — клетки продемонстрировали устойчивую способность распознавать и уничтожать опухоли. По словам Джуна, множественное редактирование «продемонстрировало потенциал этой технологии для лечения многих заболеваний, которые ранее не поддавались лечению».

Подпольное редактирование людей

Несмотря на впечатляющие результаты экспериментальных клинических исследований, до широкого внедрения CRISPR/Cas в медицинскую практику пока еще далеко. Впрочем, всегда найдутся те, кто готов опередить прогресс. В ноябре 2018 года китайский биолог Хэ Цзянькуй шокировал мир заявлением о рождении первых в мире генетически отредактированных девочек-близнецов. Он модифицировал эмбрионы семи пар, проходивших ЭКО, придав им устойчивость к заражению ВИЧ.

Хэ Цзянькуй о своей работе по генетическому редактированию эмбрионов, 2018

О своей работе Хэ рассказал в интервью Associated Press и на международном саммите в Гонконге, но научную статью ему опубликовать не удалось, не считая коротких выдержек, которые с разгромными критическими комментариями обнародовал MIT Technology Review.

Эксперты, ознакомившиеся с доступной информацией о работе Хэ, усомнились, что редактирование прошло успешно. Руководство Южного университета, в котором числился ученый, заявило, что тот находится в неоплачиваемом отпуске и об этой работе им ничего не известно.

Несмотря на то, что генетическое редактирование человеческого потомства пока не запрещено законодательно, на фоне скандала китайские власти задержали Хэ и его коллег, и те на год полностью исчезли из поля зрения СМИ. В декабре 2019 года китайский суд признал Хэ Цзянькуя и двоих его коллег виновными в нарушении китайского законодательства — они подделали документы и скрыли, что имплантируют пациенткам генетически модифицированные эмбрионы.

Хэ приговорили к трем годам тюрьмы и штрафу в 3 млн юаней. Поскольку расследование проходило секретно, подтвердить или опровергнуть успешность эксперимента не представляется возможным: ни о судьбе родившихся в результате эксперимента детей, ни о том, как проявились изменения в их геноме, до сих пор ничего не известно.

Редактирование эмбрионов в России

В декабре 2018-го, пока мировое научное сообщество пребывало в оторопи после заявления Хэ, собственный проект генной модификации детей представил российский генетик Денис Ребриков. Он утверждал, что намеревается избавить потомство своих пациентов от наследственной глухоты.

В отличие от Хэ, Ребриков не стал проводить эксперимент подпольно. Наоборот, он решил добиться разрешения Минздрава и создать тем самым почву для дискуссий: если работу запретят, широкие обсуждения независимо от окончательного решения регуляторов принесут пользу всему научному миру.

Дискуссия действительно началась. В сентябре 2019-го директор Медико-генетического научного центра Сергей Куцев заявил, что российские генетики требуют от Минздрава запретить клиническое редактирование человеческих эмбрионов.

Спустя месяц представители Минздрава объявили, что выдавать разрешение на изменение человеческого генома пока преждевременно: на нынешнем этапе развития технологии редактирования не изучен весь спектр возможных осложнений, как краткосрочных, так и долгосрочных. По их словам, аналогичной позиции придерживается и Всемирная организация здравоохранения.

Новая технология в ожидании запрета

В марте 2019 года сами разработчики CRISPR/Cas Фэн Чжан и Эммануэль Шарпантье, а также их коллеги из семи стран призвали ввести глобальный мораторий на генетическое редактирование жизнеспособных человеческих эмбрионов. Вскоре был организован целый консультативный орган — Международная комиссия по клиническому применению генетического редактирования.

В сентябре 2020 года по результатам целого ряда открытых заседаний она опубликовала 200-страничный отчет с рекомендациями для ВОЗ. В нем она делит все возможные случаи генетического редактирования эмбрионов на целый ряд групп — от борьбы с тяжелыми наследственными заболеваниями до внесения незначительных изменений (вроде цвета глаз) — и рассматривает доводы об их этичности.

Представители ВОЗ с комментариями не торопятся. Комиссия, которая займется международным регулированием в этой области, пока собирает базу клинических испытаний технологии редактирования генома.

Впрочем, предсказать решение мирового регулятора несложно — достаточно обратиться к прошлому опыту. Так, в 2005 году ООН призвала правительства всего мира «запретить все формы клонирования людей в такой мере, в какой они несовместимы с человеческим достоинством и защитой человеческой жизни». Да, государства самостоятельно определяют, что совместимо с упомянутыми «достоинством» и «защитой». В одних странах (как в России) клонирование законодательно запретили, а в других (например, в США) — нет. Однако, несмотря на технологическую доступность, никаких новостей о клонировании людей с тех пор больше не появлялось.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.