Взломать код природы

Дата публикации: 03 декабря 2019

В ноябре этого года в Москве проходил IV Национальный конгресс по регенеративной медицине. Ежегодно мероприятие собирает ведущих специалистов-медиков, которые обмениваются опытом в разных областях науки – от клеточной и генной терапии до тканевой инженерии. В то время как big data и искусственный интеллект изменяют практическую медицину, а также формируют новые методы лечения, регенеративная медицина направлена на замену и омоложение нашего физического тела. Но есть куда более неоднозначное направление современной медицины – редактирование генома человека. А вопрос о возможности его применения на людях стал главным спором в научной повестке. Масла в огонь подлил китайский ученый Хэ Цзянькуй, который объявил, что провел эксперимент по редактированию генома человеческих эмбрионов. На тот момент работы на человеческом материале «в пробирке» уже не были сенсацией. Однако Хэ признался, что его команда пошла дальше – эмбрионы с измененным геномом не уничтожили, как в предыдущих экспериментах, а подсадили женщине. В результате на свет появились первые генно-модифицированные люди – близнецы Лулу и Нана. Результаты эксперимента вызвали масштабную дискуссию о допустимости подобных экспериментов с этической точки зрения, а также подтвердили мнение многих ученых – эффективность технологии редактирования еще далека от идеала. На Конгрессе нам удалось побеседовать со старшим научным сотрудником Института регенеративной медицины МНОЦ МГУ Максимом Карагяуром. Мы попытались разобраться, чем опасно желание спасти людей от неизлечимых болезней, кто должен регулировать эту сферу науки и куда она сегодня стремится.

Максим Николаевич Карагяур– старший научный сотрудник Института регенеративной медицины МНОЦ МГУ.

- В прошлом году профессор из Китая объявил, что ему удалось отредактировать геном человека и создать генно-модифицированных детей. Ученый заявил, что благодаря вмешательству генетиков девочки не подвержены заражению ВИЧ. Что вы думаете об этом эксперименте, насколько он удался, и что это значит для научного сообщества?

- Результаты эксперимента, как и сам факт его проведения, стали неожиданностью для научного сообщества. Никто и подумать не мог, что технологии, которые не прошли полноценную проверку безопасности, будут так скоро применены для редактирования генома человека. Родившиеся девочки, действительно, получили некую устойчивость к вирусу иммунодефицита человека. Однако у профессора Хэ Цзянькуя не было технической возможности провести эксперимент правильно и получить требуемую мутацию. Он использовал одну из самых простых модификаций технологии редактирования генома.

Дело в том, что эффективность редактирования и конечный результат во многом определяются системой репарации генома – природной функцией клеток,  способностью исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК. Поскольку этот процесс по большей части случайный, то и восстановление структуры ДНК в данном эксперименте произошло случайно. Я сам видел статью с результатами секвенирования генома этих девочек, и могу сказать, что редактирование прошло не совсем так, как ожидал сам профессор Хэ Цзянькуй: из четырех аллелей модифицированными оказалось 3, и ни одна из них не соответствовала мутации CCR5 delta32 (то есть хромосомная перестройка 32 пар оснований в гене CCR5, которая приводит к невосприимчивости её носителя к ВИЧ. – прим. НР).

Есть и другая, этическая, сторона вопроса: профессор взял на себя ответственность за судьбу и здоровье этих девочек. Но на сегодняшний день мало что известно о том, как устроен геном, как он функционирует, и как гены взаимодействуют друг с другом. Поэтому необдуманное вмешательство в геном может привести к нарушению его стабильности.

Прежде чем осуществлять подобное вмешательство необходимо провести длительное всестороннее исследование безопасности  in vitro, in vivo на различных видах животных, в том числе приматах, и только потом на эмбрионах человека. Все подобные процедуры, особенно в первое время, должны осуществляться строго в соответствии с международными требованиями и стандартами под контролем международных институтов.

- Как научное сообщество относится к редактированию генома человека, в том числе с этической точки зрения?

- У каждого вопроса есть свои за и против. С одной стороны, хочется избавить еще не рожденных детей от наследственных заболеваний, от которых они будут страдать всю жизнь. Многие ученые рассматривают редактирование генома как необходимую операцию для спасения человека от неизлечимого заболевания. С другой стороны, уже сейчас существует широкий спектр репродуктивных технологий – перинатальный скрининг, экстракорпоральное оплодотворение – которые обладают гораздо большей степенью безопасности.

Нельзя не упомянуть еще один важный аспект технологий редактирования генома. На сегодняшний день всё еще не доказано, являются ли технологии редактирования генома абсолютно безопасными. Дело в том, что они приводят к расщеплению цепочек ДНК. А это, в свою очередь, может приводить к нежелательной делеции (удалению целого ДНК-фрагмента) или хромосомной рекомбинации. Поэтому каждый случай редактирования, особенно в терапевтических целях, требует тщательного контроля и изучения.

Активное применение этих технологий для наследуемого редактирования генома человека может привести к злоупотреблению с целью улучшения природы человека, что повлечет за собой неравенство, с которым человечество борется последние двести лет.

"АКТИВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭТИХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ НАСЛЕДУЕМОГО РЕДАКТИРОВАНИЯ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К ЗЛОУПОТРЕБЛЕНИЮ С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ ПРИРОДЫ ЧЕЛОВЕКА, ЧТО ПОВЛЕЧЕТ ЗА СОБОЙ НЕРАВЕНСТВО, С КОТОРЫМ ЧЕЛОВЕЧЕСТВО БОРЕТСЯ ПОСЛЕДНИЕ ДВЕСТИ ЛЕТ"

- Существуют ли международные этические нормы, регламентирующие технологию редактирования генома?

- К сожалению, на сегодняшний день не существует международных правовых и этических норм в области технологий редактирования генома, которые были бы универсальны для каждой страны. Пока данные нормы находятся в разработке, известные ученые (Jennifer Doudna, George Church, Feng Zhang и пр.)  призывают ввести мораторий на наследуемое редактирование генома человека, особенно после заявления профессора Хэ Цзянькуя.

Стоит сказать, что профессор обещал в ближайшее время предоставить данные, подтверждающие безопасность проведенной модификации. Однако, насколько мне известно, эти результаты до сих пор еще не получены.

Именно поэтому необходимо как можно скорее создавать международные этические и правовые нормы для контроля технологии редактирования генома. Ведь технология сама по себе проста. Поэтому она может быть использована в широком круге стран, в том числе не развитых с технической и правовой точки зрения.

Основой для формулировки таких норм могут стать рекомендации Международного общества исследования стволовых клеток (ISSCR) и Международной  медицинской ассоциации (WMA).

- Насколько я понимаю, все начинается с испытаний на животных. Как эти испытания позволяют в дальнейшем работать с человеческим геномом?

- Безусловно, геномы всех живых организмов схожи, и при работе с геномом задействуется уже упомянутая система репарации ДНК. Суть технологий редактирования генома заключается в том, чтобы прицельно разрезать ДНК. А восстанавливается она благодаря репарации. Эта система восстановления эволюционировала и является общей для всех организмов. Поэтому испытания на животных – безусловно, важный этап для оценки безопасности и эффективности технологий редактирования генома.

На сегодняшний день выделяют два основных направления редактирования генома человека – соматическое и наследуемое. В клинической практике широко применяются соматические клетки – клетки кожи или крови. Редактирование данных клеток позволяет вылечивать некоторые заболевания – патологии эритроцитов и лейкоцитов, эпителиоцитов и фибробластов кожи. Также данный метод позволяет провести модификацию стволовых клеток больных с ВИЧ, чтобы сделать популяции чувствительных клеток (CD4+ лимфоциты) устойчивым к инфекции ВИЧ.

- Можно ли сейчас предугадать последствия вмешательства в структуру ДНК?

- Система редактирования генома была впервые использована на бактериях. Ее предназначение было в том, чтобы разрушать вирусные ДНК в рамках малого генома. Геном бактерий в тысячи раз меньше генома человека. Поэтому вероятность того, что уникальные сочетания нуклеотидов будут в нем повторяться, очень мала. Но когда ученые попытались транслировать данную технологию для редактирования генома человека, то они столкнулись с проблемой: последовательность из 20 нуклеотидов, которая чаще всего становится мишенью, не является уникальной в геноме. Такие последовательности с учетом замены одного или нескольких нуклеотидов могут неоднократно встречаться в геноме. Это затрудняет модификацию конкретных  локусов ДНК (Локус (лат. locus — место) в генетике означает местоположение определённого гена на генетической или цитологической карте хромосомы. Вариант последовательности ДНК в конкретном локусе называется аллелью. Упорядоченный перечень локусов для какого-либо генома называется генетической картой. – прим. НР).

К тому же наш геном – динамичная структура. Во время процесса модификации генома продолжается удвоение ДНК, считывание матричных РНК, которые станут основой для белков. Также существует большое количество разрывов ДНК, которые образуются в результате расплетения цепей ДНК в процессе удвоения или синтеза. Все эти разрывы происходят случайным образом в разных областях генома. И если в этот момент начнется редактирование в области неподалеку от разрыва, то высока вероятность делеции целого фрагмента ДНК или хромосомной рекомбинации.

- Когда говорят о редактировании генома, часто упоминают персонализированную медицину. Насколько связаны эти понятия?

- Эти понятия действительно связаны. Пока редактирование генома ограничено, но в будущем, возможно, эта технология сможет исправить отдельные мутации конкретных людей, семьи или отдельной популяции. Известно, что одни и те же заболевания, например, боковой амиотрофический склероз, болезнь Паркинсона и другие, связаны с широким спектром мутаций. И технология редактирования генома позволит в будущем применять индивидуальный подход для исправления каждой из этих мутаций. 

- Расскажите, над чем работаете вы?

- С технологией редактирования генома мы начали работать в 2014 году. Наша команда начала исследования с использованием данной технологии одной из первых в России. Технологию мы используем для изучения функции отдельных белков в патогенезе различных заболеваний. В частности, нами были созданы клеточные модели, которые позволяют изучать функции отдельных молекул, участвующих в процессах атеросклероза, фиброза и восстановления печени, регенерации нерва и ангиогенеза. С помощью данных моделей нам удалось выяснить, что кровеносные сосуды и нервы используют схожие системы навигации.

- Прямо сейчас проходит Национальный конгресс по регенеративной медицине. Как вы считаете, насколько это мероприятие значимо для специалистов?

- Конгресс, безусловно, значимое событие, особенно для молодых ученых. У них есть возможность услышать доклады ученых мирового уровня. Молодой специалист понимает, как строится научное исследование, какова его логика, как движется научная мысль от первичной теории к конечным результатам. С другой стороны, молодые ученые могут представить свои работы, обменяться идеями и опытом, наладить межлабораторные связи.

- Расскажите подробнее о проекте, поддерживаемом грантом РФФИ,  над которым вы сейчас работаете?

- Помимо исследования технологии редактирования генома я продолжаю изучать влияние разных нейротрофических факторов на восстановление нервной ткани. Изначально мы изучали влияние этих факторов на восстановление периферического нерва после травмы. Как оказалось, он действительно эффективно восстанавливается. На основании этих данных был создан геннотерапевтический препарат, который сегодня успешно прошел вторую стадию клинических испытаний. После однократного введения препарата в организм человека, улучшения наблюдались в течение месяца.

Проект по гранту продолжает исследования по этой тематике и посвящен изучению влияния генетической конструкции на восстановление мозга после инсульта. Одним из факторов патогенеза данного заболевания является выход крови из сосудов из-за разрыва. Кровь попадает в ткань мозга: оказывает токсическое действие на нервные клетки и вызывает воспаление.

Цель исследования – оценка эффективности геннотерапевтического препарата для снижения симптоматики и эффективного выздоровления после инсульта. Предварительные данные говорят о том, что одна из форм препарата может стать перспективным лекарственным средством. Результаты испытаний на крысах показали, что введение этого нейротрофического фактора стимулирует восстановление мозга после инсульта, защищает нервные клетки от гибели и препятствует развитию воспаления. Данные магнитно-резонансной томографии («золотой стандарт» в диагностике инсультов) также продемонстрировали уменьшение очага повреждения в 10 раз по сравнению с группой контроля.

- Давайте подведем некий итог. Когда технология редактирования генома будет безопасна и станет применяться для терапевтических целей?

- В первую очередь необходимо сформулировать законы, а также создать специальные институты, контролирующие использование данных технологий. Что касается наследуемого редактирования генома, то здесь я затрудняюсь ответить. Конечно, редактирование наследуемых мутаций – важное направление, но к нему слишком много вопросов из-за возможных негативных последствий для человека и общества.

Поделиться: