В ноябре этого года мировая пресса вспомнила о том, что когда-то было главной надеждой всего человечества и темой для бесконечных дебатов, — генной инженерии. Причиной возросшего интереса к отрасли стала новость о «чудесном исцелении» маленькой девочки.
Лайла Ричардс, страдавшая от агрессивной формы лейкемии, начала получать новаторскую генную терапию, ранее тестировавшуюся лишь на мышах. Двенадцатимесячному ребенку ввели генетически модифицированные иммунные клетки, которые «научены» убивать исключительно рак. На данный момент врачи отмечают положительную динамику в состоянии пациентки и не исключают полного избавления от болезни.
Событие называют началом новой эры в истории медицины. Несмотря на то что высокопарные заявления, касающиеся будущего науки, часто преувеличены, в этот раз, возможно, журналисты не так далеки от истины.
Справка:
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — молекула, обеспечивающая хранение, передачу и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Ген — это участок ДНК, программирующий тот или иной белок. Гены определяют наследственные признаки организмов, передающиеся из поколения в поколение.
Предпосылки для революции
Впервые о генной инженерии заговорили давно. В 50-е годы прошлого века ученым удалось расшифровать ДНК и осознать все связанные с новым знанием перспективы. Поскольку перспективы были чарующими (работа с генами дает возможность избавлять живые организмы от болезней и наделять нужными свойствами), ученые стали искать пути «обуздания» дезоксирибонуклеиновой кислоты и достаточно быстро их обнаружили. Уже к концу 70-х годов биологи научились получать изолированные гены, вводить их в молекулы нуклеиновой кислоты (векторы) и переносить в модифицируемый организм. Именно этой технологии мы обязаны появлением, например, генномодифицированной кукурузы.
Однако точности технологий, которой вполне хватает для придания морозоустойчивости фруктам и овощам, долгое время не хватало для работы с геномом животных и, в особенности, людей. Вырезать и аккуратно заменить именно тот участок двойной спирали, который нужно, не всегда получалось.
Одной из неудачных попыток вылечить человека, заменив несколько генов, стал случай в начале 2000-х годов. Мальчика с тяжелым комбинированным иммунодефицитом, который вызывается дефектом гена IL2RG, решили лечить с помощью генной терапии.
Ребенку попытались ввести клетки крови с «правильной» ДНК, без дефекта, однако к успеху это не привело, и пациент к тому же заболел лейкемией. Причиной возникновения рака назвали «топорность» при замене аллелей.
Эта «топорность» долгое время мешала ученым проводить успешные эксперименты, однако сейчас исследователи осмелились заявить, что сложность преодолена.
На рынке появились технологии, позволяющие вырезать участки ДНК с филигранной точностью. Наиболее известными из них являются Talens, Zink Fingers и CRISPR-Cas9. Первая была успешно применена в случае с маленькой девочкой, описанном в начале статьи. Вторая сейчас активно тестируется в лечении ВИЧ: инфицированные клетки пациента изымаются из тела, получают защиту от вируса и возвращаются на место. А третья взорвала мир генетики, практически гарантировала своим создателям «нобелевку» и привлекла десятки инвесторов (лишь за текущий год в ее развитие вложено порядка 200 миллионов долларов США).
Технология CRISPR-Cas9, представленная всего 3 года тому назад, позиционируется как наиболее дешевая, универсальная, быстрая и доступная из всех (работать с ней смогут не только «светила»). Она базируется на защитных механизмах бактерий.
Ряд микроорганизмов обладает собственной иммунной системой — CRISPR, которая способна обнаружить ДНК или РНК вируса и уничтожить ее. Особую роль в процессе играет фермент Cas9, аккуратно вырезающий из ДНК вируса целые куски. Используя его, ученые могут прицельно выключать те или иные гены (участки ДНК). Место вырезанного участка ДНК затем «залатывается» естественным образом или же в пустоты подставляется другой участок.
Биотехнолог Дженнифер Дудна, один из авторов технологии, сравнивает замену гена с исправлением опечатки в слове — настолько проста и точна процедура.
Например, если вырезать из ДНК человека именно те гены, которые ответственны за развитие муковисцидоза, болезнь не разовьется. Если же не просто вырезать часть генетического материала, а заменить ее, можно задать организму новые свойства — так, ученые уже сумели на стадии эмбриона запрограммировать цвет шерсти мышей, оставив все остальные характеристики животных без изменений, и произвести на свет «собак-бодибилдеров».
Стопор прогресса
В то же время, несмотря на успехи биотехнологов, генная терапия еще несовершенна. Даже система CRISPR-Cas9 пока не доросла до того, чтобы заменять дефектные гены взрослой особи и лечить ее таким образом. Все, что она может на данном этапе, — менять генотип эмбриона. Следовательно, речь идет о генетическом модифицировании животных. И, конечно, людей.
Такие тесты уже проводятся. Известно о попытке китайских ученых опробовать лечение наследственного заболевания крови путем изменения ДНК заведомо нежизнеспособных эмбрионов (из этических соображений). Попытка удалась лишь частично — исправить дефектный ген получилось не у всех образцов. Из-за чего это произошло — из-за того, что использовался «бракованный» подопытный материал, или из-за того, что система CRISPR-Cas9 еще «сыровата», — неясно.
Первый блин комом не мог не подвигнуть других специалистов пробовать свои силы в преодолении трудностей. Так, в конце ноября стало известно, что ученые из Университета Массачусетса смогли улучшить точность работы CRISPR-Cas9, добавив в нее программируемый ДНК-связывающий домен pDBD, который будет выполнять функцию дополнительной коррекции, снижая возможность возникновения «побочных эффектов» почти в сто раз.
Другими словами, технологии сейчас — вовсе не самое сложное. Дело наживное, как говорят. Куда бóльшим стопором может стать вопрос нравственности и этики.
Создать человека с заранее запрограммированными особенностями (хотя бы с отсутствием предрасположенности к диабету) — это не за хлебом сходить. Начав с малого, можно прийти к тому, что родители смогут решать, насколько силен, высок, быстр, ловок и красив будет их отпрыск. Что может вылиться в совершенно непредсказуемые проблемы...
Это порождает еще один сложный вопрос: «Насколько гуманно отказывать в помощи тем, кто наверняка родится больным, только затем, чтобы кто-то не смог выбирать, какого цвета глаза получит его сын или дочь?». Или такой: «Зачем тормозить развитие технологий, которые со временем „научатся” исцелять уже взрослых людей и позволят сократить расходы на здравоохранение (допустим, помощь больным с болезнью Альцгеймера обходится казне США в 226 миллиардов долларов в год)?».
Ближайшие тенденции
Этический вопрос сейчас стоит остро, как никогда. То, как именно он будет решен, пока не очень понятно. Однако, строя прогнозы на будущее, стоит иметь в виду: глобализация науки сделала практически невозможным введение мораториев на проведение тех или иных работ. То, что нельзя сделать в одном регионе, без проблем можно сделать в другом. Главное — наличие группы ученых, желающих заниматься дальнейшими разработками, и, разумеется, финансирование.
А поскольку ситуация на рынке ценных бумаг показывает, что средства и желание есть, вполне вероятно, что скоро человечество все же забудет о многих болезнях.
Болезни крови — главный кандидат на забвение, поскольку в случае с ними не так сложно доставить измененные клетки в нужное место. Доставить клетки с «перепрограммированной» ДНК к внутренним органам чуть труднее, однако генетики полагают, что сложности будут решены и соответствующие методы будут введены в практику в ближайшие 10 лет. При этом с первыми результатами работы с клетками, отличными от клеток крови, можно будет ознакомиться уже достаточно скоро. Компания Editas Medicine объявила, что начнет тестировать систему для лечения наследственной слепоты уже в 2017 году.
Если же маятник качнется в другую сторону и биотехнологи не решатся манипулировать с геномом сначала эмбрионов, а затем и людей, генной инженерии на основе CRISPR-Cas9 или схожих систем можно будет найти и другое применение. К примеру, в трансплантологии. Уже сейчас рассматривается вариант изменения генома свиней, чьи органы используются для пересадки людям. Задача манипуляции — добиться «идеальной совместимости» и решить проблему нехватки доноров.
Фото thinkstockphotos.com
