что такое редактирование генома человека

Редактирование генома эмбрионов

5 вопросов микробиологу

Читать статьи по темам:

Читать также:

Отредактируй это

Генетические редактирование для лечения заболеваний – уже реальность. Несмотря на технические и этические сложности, рано или поздно (и скорее все же рано) оно станет обычной практикой. И это дает людям надежду, которой до сих пор у нас не было.

Наступает век генной хирургии

Российский молекулярный биолог – о будущем генной медицины, почему не нужно бояться ГМО, для чего нужны стволовые клетки и как ученые планируют победить рак.

Почему прорывные технологии биомедицины остаются в лабораториях

Благодаря трансплантации стволовых клеток в мире уже лечатся десятки заболеваний. Однако в России клеточная медицина остается едва ли не на уровне фантастики. В чем причины отставания России в области биотехнологий?

ФИОП принимает заявки на создание биоинжиниринговой компании

Фонд инфраструктурных и образовательных программ начинает конкурентный отбор заявок на создание инжиниринговой компании в области биомедицинских клеточных продуктов, генной терапии и биофармацевтических препаратов.

О пользе бесполезного знания

Профессор Сколковского института науки и технологий и Университета Ратгерса США Константин Северинов – о роли случая в современных биомедицинских исследованиях.

Электронное СМИ зарегистрировано 12.03.2009

Свидетельство о регистрации Эл № ФС 77-35618

Источник

Редактирование генома. Величайшее благо или абсолютное зло?

У человечества есть несколько ”ящиков Пандоры”, которые лучше не открывать. Если даже желание или необходимость его открыть все же появились, то делать это надо с максимальной осторожностью. Одним из таких ящиков является генная инженерия и редактирование генома. Кажется, что в этой истории все красиво. Мы можем получить лекарство от всех болезней, можем стать супер людьми, можем получить потомство, которое будет в десятки раз лучше нас, и многое другое. Можем даже избавить себя от необходимости искать элексир бессмертия, просто немного подправив гены еще до рождения. Можно подумать, что это дивный мир, которого мы достойны, но не спешите радоваться, ведь как в известной присказке, мы можем получить ”мир, который мы заслужили”. Естественно, в плохом смысле. Открывая этот ящик, мы можем сделать так, что уже никогда не станем прежними, но где гарантии, что новые ”мы” действительно будем лучше и не приведем сами себя к закату человечества?

Редактирование генома — это изменение всего.

Генная инженерия

Сейчас все большее количество правительств разных стран готовится к тому, чтобы разрешить эксперименты по редактированию генома на эмбрионах человека. Некоторые страны уже даже разрешили это, например, Великобритания.

Справедливости ради, пока мы не говорим о полностью готовом человеке с измененными генами, но все к этому идет. Вы же понимаете? Пока Великобритания разрешает ставить эксперименты только над эмбрионами, выращенными в лабораторных условиях. При этом они обязательно должны быть уничтожены через 14 дней после начала эксперимента. То есть формально нам это ничем не угрожает. Вопрос только в том, для чего это нужно тому, кто это разрешил. Явно не из любопытства. Что-то подсказывает, что как и многие передовые разработки, сначала это будет применяться в военных целях, ведь именно так можно получить универсального солдата. Он не будет хотеть есть или пить. Он не будет уставать или бояться взрывов. Небольшая корректировка генов и супер-солдат готов.

Жизнь на Земле могла появиться в результате гибрида молекул ДНК и РНК

Может не надо это трогать?

Но может все же что-то положительное в этом есть и можно дать шанс ученым доказать, что они не зря открывали инструменты редактирования? Какие преимущества редактирование генов может принести человеку?

Защита от вирусов на уровне ДНК

В основе редактирования генов и понимания того, зачем это вообще нужно, стояли исследования бактерий, которые показали, как они вырабатывали защиту от бактериофагов. Ученых особенно интересовало, как эта защита влияет на цепочки ДНК и при этом переносится на новые поколения бактерий.

Название бактериофагов происходит от древнегреческого ”пожираю”. Название не случайно, ведь это вирусы, которые избирательно поражают клетки бактерий и архей. Также бактерия служит местом размножения вируса. Бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала. Общая численность бактериофагов в природе примерно равна общей численности бактерий. Бактериофаги оказывают больше влияние на эволюцию бактерий.

Более того, определенные признаки изменения генов нашли изначально у бактерии кишечной палочки. Ученые заметили определенные повторяющиеся фрагменты, которые были разделены спейсерами, но тогда объяснить этого не смогли. Позже подобную структуру-кассету нашли и у других представителей прокариот. Тогда им и дали сокращенное название CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). В переводе на русский это может звучать, как КППРРГ (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами). Такое сокращение выглядит просто ужасно и проще пользоваться емким словом CRISPR.

Позже выяснилось, что те самые спейсеры очень похожи на куски ДНК вирусов-бактериофагов и являются частью защитного механизма бактерий, выработанного в ходе эволюции. Ученые предложили механизм, при котором белок Cas, ассоциированный с CRISPR, позволяет находить чужеродную ДНК, когда вирус попадает в клетку бактерии. Если ДНК вируса соответствует информации, которая есть у бактерии, то в этом случае чужая ДНК разрезается и заражение предотвращается.

Бактериофаги не просто живут за счет бактерий, но и размножаются в них.

Ученые провели ряд экспериментов, в ходе которых меняли геном бактерий и наблюдали, как на них воздействуют другие бактериофаги. Результаты доказали, что механизм работает именно так, как они думали. Также они подтвердили, что когда бактерия сталкивается с новым для себя вирусом, она может вырезать часть его ДНК и вставлять их в свою CRISPR-кассету. После чего эти ”записи” передаются потомкам.

Как можно редактировать геном

Ученые предлагали несколько способов редактирования генов. В частности можно было создавать определенные искусственные последовательности, которые могли бы узнавать определенные участки ДНК. В результате белок Cas9 вносил бы разрезы точно в те места, в которых это требовалось. Параллельно с разработкой такого метода было доказано, что внесение изменений подобным образом возможно не только на уровне бактерий, но и в клетках других организмов.

Что такое тест ДНК, как его делают и для чего он нужен?

Есть и другие способы редактирования генома. Например, с помощью искусственных ферментов, которых не существует в природе, но которые способны расщеплять цепочку ДНК. Их еще называют цинковыми пальцами. Все из-за того, что этот белковый модуль включает в себя один или несколько ионов цинка.

Редактировать гены возможно, но это сложно.

Такой способ требовал сложного подхода и долгой подготовки. Для каждого разреза в определенных участках генома надо было синтезировать специфичный белок. Кроме того, подобный способ редактирования часто приводил к ошибкам, так как разрезы часто происходили не в тех местах, где было нужно. Это лишний раз доказывает то, что вероятность ошибки очень высока, а неточности на начальных этапах могут привести к тому, что сбои будут идти, как снежный ком.

Редактирование генома CRISPR

Система CRISPR-Cas с точки зрения редактирование генома более простая и надежная. Главное только правильно синтезировать то, что укажет, в каком месте надо совершить разрез ДНК. Дальше запустится механизм восстановления и все сделается практически само собой. Тем более, если сделать много таких разрезов, то можно запрограммировать нужные изменения достаточно крупного участка ДНК.

Можно даже убирать целые участки ДНК, если это потребуется. При этом, на место удаленных фрагментов будут встроены те участки, которые будут нужны генетикам. Это позволит редактировать ”сломанные” последовательности, которые приводят к тяжелым заболеваниям. В теории надо будет просто заменить нужный фрагмент и все должно стать нормально.

Сами понимаете, что первым вопросом будет ”а можно ли встроить нужную часть кода?” Конечно, со временем и это станет возможно. Вот тогда и могут начать получаться целые новые народы. Но, скорее всего, дело ограничится небольшой группой узких специалистов, вроде людей, которые смогут выдержать полеты к другим планетам, или солдат, которые не будут уставать. Люди найдут, как извлечь из этого выгоду. Особенно правительства и инвесторы, которые вкладывают в разработки огромные деньги. И далеко не все из них делают это, чтобы избавить человечество от болезней. Увы, но реальность такова.

Применение генной инженерии в промышленности

Более того, можно смело говорить о том, что генное модифицирование уже применяется на практике для достижения определенных результатов. Я говорю о генно-модифицированных организмах — ГМО.

Самым простым примером, как для понимания преимуществ метода, так и для самих генетиков является создание модифицированных кисломолочных бактерий. Дело в том, что когда на производстве вирусы бактериофаги попадают в закваску, они уничтожают культуру полезных микроорганизмов. В итоге это приводит к тому, что партия оказывается испорченной, а производитель несет огромные убытки. Именно поэтому устойчивые к бактериофагам микроорганизмы решают массу проблем.

Если бактериофаги попадают на производство, пропадают просто огромные объемы продукции.

Ретровирусные инфекции

Относительно недавно я уже рассказывал о том, как мы все являемся носителями ретровирусов или, как их еще называют, реликтовых вирусов. В том числе к ним относится и ВИЧ, который миллионы лет назад встроил свой геном в наши ДНК и мы продолжаем передавать его из поколения в поколение.

В журнале Scientific Reports даже была опубликована работа, которая показывает, как при помощи CRISPR-Cas9 можно избавиться от этого наследства и даже ликвидировать возможность повторного встраивания вируса в ДНК.

Китайские ученые даже проводили эксперименты в этом направлении и обеспечили рождение двух генно-модифицированных человек. Ими стали девочки близнецы, один из родителей которых был ВИЧ-положительным. В итоге, они родились с устойчивым иммунитетом к вирусу. Проблема в том, что эксперимент был за гранью законности, но в целом все получилось.

Найдено живое ДНК динозавра. Возможно ли это?

Также в другой работе, опубликованной в Nature Biotechnology, доказывается, что при помощи модифицированного белка Cas9 можно отключать гены, которые мешают нормальному перерождению клеток и приводят к злокачественным образованиям. То есть потенциально это может стать долгожданным лекарством от рака. Вот только не привело бы такое вмешательство к тому, что воспроизводство новых клеток станет еще хуже.

Стоит ли запретить генетические исследования

Конечно, сейчас нельзя говорить о том, что уже завтра мы рискуем получить нежелательные последствия редактирования генома. Во-первых, исследования еще только ведутся и чего-то действительно серьезного не сделали. Во-вторых, даже когда начнется массовое применение технологий на людях, понять истинные последствия можно будет только через несколько поколений. К сожалению, такое положение дел может расслабить некоторых ученых, ведь по сути у них не будет никакой ответственности. Впрочем, это вряд ли, но вероятность этого все равно есть.

Главное не вестись на кажущуюся легкость редактирования генов. Неизвестно, во что потом это выльется.

Пока ученые с осторожность прогнозируют вероятность внесения таких изменений в геном человека, которые сделают из него кого-то другого, но в перспективе это все равно возможно. Если даже в этом не поможет CRISPR, найдется другой способ, но он будет.

Тут уже можно поднимать вопросы этичности того, что одни люди изначально будут от рождения лучше других. Кроме этого, возникают вопросы, насколько это корректно — вмешиваться в геном человека без его ведома. Может быть, когда из модифицированного появится человек, который отличается от остальных, он сам будет не рад этому. Одно дело, когда у него от природы определенный цвет волос, разрез глаз и форма ушей, а другое — когда за него кто-то решил, каким он должен быть. Вот еще одна дилемма будущего. А решать, стоит ли запрещать редактирование генома, вам. Каждый имеет свое мнение, которым можно и нужно поделиться в нашем Telegram-чате.

Источник

Переписать код жизни: 12 важных вопросов о редактировании генома

Теперь у нас есть точный способ корректировать, заменять или даже удалять дефектные ДНК. Научный редактор The Guardian Ян Сэмпл объясняет научную сторону редактирования генома и риски, которые могут возникнуть в будущем.

Так что же такое редактирование генома?

Учёные сравнивают это с программами в компьютере, которые находят и заменяют ошибки в тексте. Только вместо исправления слов, редактор генома исправляет ДНК – биологический код, который является своеобразной «инструкцией» к живым организмам. С помощью редактирования генома исследователи могут деактивировать отдельные гены, корректировать вредоносные мутации и изменять активность специфичных генов у растений и животных – в том числе и у людей.

В чем смысл?

Энтузиазм вокруг темы редактирования генома объясняется возможностью лечить или предотвращать заболевания. Существуют тысячи генетических нарушений, которые передаются от поколения к поколению; многие из них – серьёзные и разрушительные. И они не редки: один ребёнок из двадцати пяти рождается с генетическим заболеванием. Среди самых распространённых – муковисцидоз (заболевание, которое характеризуется поражением желез внешней секреции – прим.), серповидноклеточная анемия (изменение строения белка гемоглобина, ведущее к тяжёлой форме анемии – прим.) и мышечная дистрофия.

Редактирование генома вселяет надежду на то, что эти болезни могут быть побеждены путём «переписывания» повреждённых генов в клетках пациента. Однако починка дефектных генов – это ещё не все возможности; уже есть опыт модифицирования иммунных клеток человека для борьбы с раком или для повышения их устойчивости к ВИЧ-инфекции. Также возможно исправление дефектных генов у человеческого эмбриона – таким образом можно предотвратить наследование серьёзных заболеваний. Но эта технология неоднозначна, так как генетические изменения могут распространиться на сперму или яйцеклетки пациента, то есть все внесённые генетические корректировки и любые побочные эффекты могут быть переданы следующим поколениям.

В каких ещё сферах применяется редактирование генома?

Некоторые отрасли медицины также воспользовались потенциалом новой технологии. Компании, работающие над производством антибиотиков нового поколения, разработали вирусы, которые сами по себе безопасны, но умеют находить и атаковать специфичные, вызывающие опасные инфекции штаммы бактерий. Также учёные используют редактор генома, чтобы обезопасить пересадку органов свиньи человеку. Помимо этого, редактирование генома повлияло на фундаментальные исследования, позволив учёным более точно понимать, как работают те или иные гены.

Так как это работает?

Есть множество способов редактировать гены, но настоящим прорывом в последние годы стал молекулярный инструмент Crispr-Cas9. Он использует особый участок бактериальной ДНК – CRISPR (буквально: короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) – чтобы найти специфическую область в генетическом коде организма, например, мутировавший ген. Эта область в дальнейшем отсекается с помощью фермента Cas9. В попытках восстановить повреждения клетка часто «отключает» этот ген. Этот способ очень полезен для работы с «вредоносными генами», но возможны и другие способы. Например, чтобы исправить дефектный ген, учёные могут разрезать мутировавшую ДНК и заменить здоровой цепочкой, которая доставляется вместе с молекулами Crispr-Cas9. Вместо Cas9 могут быть использованы другие ферменты, которые могут помочь редактировать ДНК более эффективно — например, Cpf1.

Напомните-ка, что такое гены?

Ген – это биологический шаблон, который организм использует для создания протеинов и ферментов, необходимых для построения и поддержания тканей и органов. Он представляет собой цепочку генетического кода, обозначаемого буквами G, C, T и A. У человека есть около 20 тысяч генов, сгруппированных в 23 пары хромосом, которые, в свою очередь, содержатся в ядре почти каждой клетки тела. Только около 1.5% нашего генетического кода, или генома, состоят из генов. Ещё 10% регулируют их, удостоверяясь, например, что гены включаются и выключаются в нужных клетках в нужное время. Остальная часть ДНК, судя по всему, бесполезна. «Бóльшая часть нашего генома не делает ничего, – говорит Джертон Лантер, генетик из Оксфордского Университета. – Это просто осколок эволюции».

Что за G, C, T и A?

Буквы генетического кода соответствуют молекулам гуанина (G), цитозина (С), тимина (Т) и аденина (А). В ДНК эти молекулы идут попарно: G и С, Т и А. Эти «основные пары» являются ступенями всем знакомой двойной спирали ДНК. Чтобы составить один ген, нужно много таких ступеней. Мутировавший ген, ответственный за муковисцидоз, содержит около 300.000 базовых пар, а за мышечную дистрофию – около 2,5 миллионов пар, это самый длинный ген в человеческом теле. Каждый из нас наследует от наших родителей около 60 новых мутаций, большинство – от отцов.

Но как добраться до нужных клеток?

Это весьма трудная задача. Большинство лекарств – это маленькие молекулы, которые могут путешествовать по телу с потоком крови, именно так они доставляются к органам и тканям. По сравнению с ними, молекулы, используемые в редакторе генома, огромны и доставить их к клеткам сложно. Но возможно. Один способ – добавить молекулы редактора генома в безвредные вирусы, которые инфицируют определённые типы клеток. Миллионы таких вирусов после этого вводятся в кровь или напрямую в поражённые ткани. Оказавшись в теле, вирусы вторгаются в необходимые клетки и высвобождают молекулы редактора генома, чтобы те делали свою работу. В 2017 году учёные из Техаса таким образом вылечили мышей от мышечной дистрофии Дюшена. Следующий шаг – клинические испытания на человеке.

Однако вирусы – не единственный способ доставить молекулы к клеткам. Исследователи использовали жировые наночастицы для переноса молекул Crispr-Cas9 к печени, а также короткие импульсы электричества, чтобы «открыть» поры эмбриона и через них ввести молекулы редактора генома.

Редактирование обязательно делать в самом организме?

Нет. Во время одного из самых первых испытаний редактора генома учёные забирали клетки из крови пациента, выполняли необходимые генетические корректировки и вводили исправленные клетки обратно. Такой метод выглядит многообещающим для лечения для людей, живущих с ВИЧ. Когда вирус попадает в организм, он инфицирует и убивает иммунные клетки. Но чтобы инфицировать иммунную клетку, ВИЧ сначала должен прицепиться к определённым белкам на её поверхности. Учёные выделили иммунные клетки из крови пациента и использовали редактор генома, чтобы вырезать ту ДНК, которая нужна клеткам для образования этих поверхностных белков. Без них ВИЧ не может получить доступ к клеткам.

Подобный способ может использоваться для борьбы с некоторыми типами рака: иммунные клетки выделяются из крови пациента и редактируются так, что они больше не могут синтезировать поверхностные белки, к которым цепляются раковые клетки. Отредактировав иммунные клетки и сделав из них «убийц рака», учёные размножают их и вводят обратно в организм пациента. Прелесть модифицирования клеток вне организма в том, что всё можно перепроверить до того, как вводить обратно, чтобы убедиться, что процесс редактирования проведён верно.

А что может пойти не так?

Современное редактирование генома довольно точное, но не идеальное. Процедура похожа на прицельную стрельбу – надо попасть по нужным клеткам, а по остальным – промахнуться. Даже если Crispr попадает куда нужно, изменения могут отличаться от клетки к клетке, например, в одной нужно исправить две копии мутировавшего гена, а в другой – только одну. Для некоторых генетических заболеваний это не столь важно, но становится проблемой, если заболевание возникает из-за единственного мутировавшего гена. Другая трудность возникает, когда изменения были произведены в неправильном участке генома. Таких «выстрелов не по мишени» может быть сотни, и они могут быть опасны, если разрушают здоровые гены или критически важные регуляторы ДНК.

Приведёт ли это всё к «редактированию» будущих детей?

Огромные усилия в медицине направлены на то, чтобы исправить дефектные гены у детей и взрослых. Но некоторые исследования показали, что есть возможность редактировать гены у эмбрионов. В 2017 году учёные, созванные Национальной Академией Наук и Национальной Академией Медицины США, сдержанно поддержали редактирование генома у человеческих эмбрионов для предотвращения самых серьёзных заболеваний, но только один такой опыт оказался безопасным.

Любые изменения на эмбриональной стадии повлияют на все клетки человека и будут переданы его детям, поэтому очень важно избегать вредоносных ошибок и побочных эффектов. Проектирование человеческих эмбрионов также поднимает вопрос непростой перспективы «дизайна» детей, когда эмбрионы редактируются больше по социальным, чем по медицинским причинам; например, чтобы сделать человека выше или умнее. Однако такие черты могут контролироваться тысячами генов, большинство из которых ещё неизвестны. Поэтому на данный момент перспектива редактирования генома будущего потомства весьма отдалённая.

Когда редактирование будет доступно простым пациентам?

Открытие клиникам доступа к редактированию генома – практически на финишной прямой. Около десятка испытаний Crispr-Cas9 запланированы или проводятся прямо сейчас. Большинство из них ведётся китайскими исследователями с целью борьбы с разными формами рака. Одно из первых исследований было запущено в 2016 году, когда учёные из провинции Сычуань вводили отредактированные иммунные клетки пациентам с поздней стадией рака лёгких. Большинство американских и европейских исследований ожидают своего начала в течение следующих нескольких лет.

Что дальше?

Базовое редактирование

Более мягкая форма редактирования генома – без разрезания ДНК на кусочки – использует химические реакции, чтобы изменить буквы генетического кода. Пока что это выглядит неплохо. В 2017 году исследователи в Китае использовали базовое редактирование для исправления мутаций, которые вызывают серьёзные нарушения кровеносной системы: как, например, гемолитическая анемия у человеческих эмбрионов.

Перемещение генов

Спроектированное перемещение генов может доставить определённые гены целым популяциям организмов. Например, таким образом можно сделать москитов бесплодными и сократить количество заболеваний, которые они распространяют. Но эта технология очень противоречива, так как может иметь широкомасштабные непреднамеренные экологические последствия.

Редактирование эпигенома

Иногда нет цели полностью удалить или заменить ген – необходимо просто ослабить или усилить его активность. Сейчас учёные работают над способностью Crispr выполнять такие задачи, предоставляя его молекулам больше возможностей, чем раньше.

Перевод: Кира Луппова.

Подписывайтесь на страницу СПИД.ЦЕНТРа в фейсбуке

Источник

Человек генно-модифицированный / Homo genere mutatio

Человек генно-модифицированный / Homo genere mutatio

Автор

Редакторы

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Когда Олдос Хаксли писал «Дивный новый мир», думал ли он, что на самом деле может наступить эра детей, созданных по заказу? «Дети здесь не рождаются. Их выращивают в специальных инкубаторах и делят на альфы, беты, гаммы, дельты и эпсилоны в зависимости от умственных способностей». На сегодняшний день вряд ли найдется более рьяно обсуждаемая в СМИ тема биомедицины, чем CRISPR/Cas. СМИ готовят общество к появлению в будущем фабрик по производству детей на заказ, ученые — к возможности создания генетической панацеи. Исследования на человеческих эмбрионах с применением генетических модификаций лишь подливают масла в огонь. Общественность строит догадки, какие перспективы дает этот инструмент генного редактирования в руках ученых. Ждет ли мир появление «отредактированных» людей? Станет ли Homo genere mutatio в эволюционный ряд после Homo sapiens sapiens? К чему бы ни привела технология CRISPR/Cas, несомненно, что это шаг в бездну новых возможностей.

Конкурс «био/мол/текст»-2017

Эта работа опубликована в номинации «Биомедицина сегодня и завтра» конкурса «био/мол/текст»-2017.

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».

Что такое CRISPR/Cas9 и с чем его едят

Хотя система CRISPR известна с 1980-х, активно о ней заговорили лишь несколько лет назад [1]. Повышенное внимание к технологии генной модификации связано с перспективами, которые она открывает. В частности, лечение генетических заболеваний. Это может изменить медицину. Освоение CRISPR/Cas9 в рамках человеческого тела подобно первым шагам в космосе.

Технология CRISPR (от англ. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) основана на направленном редактировании генома с помощью эндонуклеазы Cas9. Словно умные ножницы, фермент Cas9 совершает двунитевые разрезы в нужных участках гена, удаляя дефекты генетической информации (рис. 1). После того как разрыв внесен, включаются системы восстановления ДНК, и нужная неповрежденная последовательность встает на место удаленной дефектной [2].

Рисунок 1. Схема работы CRISPR/Cas9.

Это уже не совсем так. В начале ноября 2017 года появилось сообщение о том, что мальчику, больному буллезным эпидермолизом, заменили 80% площади кожи на трансплантаты из его собственных клеток, в которых дефектный ген, вызывающий болезнь, заменили нормальным. — Ред.

Рисунок 2. Общественное мнение относительно технологии CRISPR/Cas9.

Другой стороной медали может стать использование технологии не по задуманному назначению. Общество страшится появления «дизайнерских» детей, сделанных на заказ родителями. Проведенный опрос среди американцев говорит о том, что люди еще не готовы принять возможности генной терапии. Так, 83% респондентов не хотят использовать технологию для совершенствования детей (рис 2).

Еще один шаг к совершенству

Однако технология генного «ремонтирования» не без изъянов. Она не доведена до совершенства. CRISPR/Cas9 — это не волшебная палочка, призванная исправлять любой генетический дефект. Генетический скальпель не отличается высоким уровнем точности. Эндонуклеаза может совершить разрезы и в нецелевых участках. При этом система CRISPR/Cas9 может не исправлять мутации, как задумывалось, а создавать новые.

Отсутствие стопроцентной точности в работе эндонуклеазы Cas9 делает технологию небезопасной и ненадежной. Пока система не станет более точной, она не получит широкое распространение в практической медицине. Однако маленькие шаги в сторону реальности метода совершаются. Работа ученых из Массачусетского технологического института выводит технологию CRISPR на новый уровень посредством создания улучшенной версии фермента — eSpCas9.

eSpCas9 имеет повышенную специфичность, что снижает вероятность побочных эффектов при редактировании генома. Разрезы этого фермента более точные. Это позволило снизить риск вероятных ошибок примерно в 10 раз. Несомненно, такое открытие — настоящий прорыв для генного редактирования. Оно стало более специфичным и точным, а значит, стало ближе к практической медицине, чем когда-либо [3].

Первый блин комом

В апреле 2015 года мир должен был ахнуть от удивления: впервые ученым удалось не просто прочитать, а еще и отредактировать геном человека (рис. 3). Удивительно, но это событие не привлекло к себе много внимания. Такие авторитетные издания, как Nature и Science, не пожелали публиковать данные об исследовании ввиду его неэтичности. Связано это с тем, что впервые методику генного редактирования CRISPR/Cas9 проверили на человеческих эмбрионах [4].

Рисунок 3. Человеческие эмбрионы с отредактированным геномом.

Китайские ученые из университета Гуанчжоу использовали нежизнеспособные эмбрионы. Их получили посредством ЭКО. На этапе их образования произошел сбой, который привел к формированию трипронуклеарных эмбрионов, которые содержат не два пронуклеуса — материнский и отцовский, — а три. Такие зародыши обычно погибают еще до имплантации и нежизнеспособны: они содержат аномальный тройной набор хромосом (69 шт.), тогда как в норме кариотип составляют 46 [5]. Лишние 23 хромосомы не дают плоду развиваться нормально, что приводит к его гибели [6].

Перед учеными не стояла задача продлить время жизни трипронуклеарных эмбрионов. Их целью было осуществить генный нокаут бета-талассемии, которой страдали эмбрионы. Задумку не вполне удалось реализовать. Из 86-и лишь полсотни эмбрионов удалось протестировать. Генная модификация произошла в 28 зародышах, но почти во всех случаях — не такая, как надо, или в неправильном месте. Дефектный ген бета-талассемии был успешно удален из клеток лишь четырех эмбрионов.

Эксперимент не только не принес ожидаемого эффекта, но и создал новые непредвиденные мутации в геноме множества клеток. По словам лидер а научной группы, использованная технология пока слишком «сырая». Она не может быть использована на нормальных эмбрионах. Чтобы приступить к ее клиническому использованию, процент успеха должен приближаться к 100.

Модификация людей одобрена законом

Официальное разрешение от вневедомственного органа Министерства здравоохранения Соединенного Королевства — HFEA (Human fertilisation and embryology authority) — на редактирование человеческих эмбрионов с помощью технологии CRISPR/Cas9 в 2016 году получила исследовательская группа из Института Фрэнсиса Крика в Великобритании под руководством биолога Кэти Ниакан. В качестве объекта исследования будут использоваться лишние эмбрионы, которые получают при ЭКО, — те, что оказались не нужны семьям ввиду свершившегося успешного подсаживания других зародышей. Раньше такой материал просто утилизировали за ненадобностью.

Это первое разрешение на подобную деятельность в Великобритании, и ученых не ждет полная свобода действий. Эмбрионы могут быть использованы лишь для определенных целей, которые будут оценены экспертной комиссией (рис. 4). Применять можно семидневные эмбрионы. Срок жизни объектов исследования после начала эксперимента — 14 дней. После этого они должны быть утилизированы. Подсаживание их к суррогатной матери исключено. Пролонгировать беременность генномодифицированными эмбрионами запрещено [7].

Рисунок 4. Человеческому эмбриону вводят отредактированную ДНК в лондонской лаборатории Института Фрэнсиса Крика.

Успех CRISPR/Cas9

Первые полосы научных журналов в августе 2017 года вновь украшала аббревиатура CRISPR/Cas9. На этот раз новостями об успешном эксперименте спешили поделиться ученые из Орегонского университета здоровья и науки (OHSU). Группа ученых во главе с уроженцем Казахстана Шухратом Миталиповым применили технологии редактирования генов CRISPR/Cas9, чтобы изменить ДНК больных человеческих эмбрионов [8].

Среди безумного моря наследственных патологий выбор объекта исследования пал на гипертрофическую кардиомиопатию. Это серьезное генетическое заболевание сердца с аутосомно-доминантным типом наследования. Это значит, что патология проявится при наличии хотя бы одной дефектной копии гена. При этом данный ген не сцеплен с половой хромосомой, поэтому встречается как у мужчин, так и у женщин.

Особенно часто заболевание поражает молодых спортсменов [9]. Технология CRISPR/Cas9 позволила группе ученых отредактировать дефектный ген. В исследовании использовали 12 здоровых яйцеклеток и сперму, несущую мутантный ген MYBPC3. С помощью CRISPR/Cas9 из ДНК сперматозоидов удалось вырезать дефект, словно ножницами (рис. 5) [10].

Рисунок 5. Схема воздействия CRISPR/Cas9 на ген MYBPC3.

В результате получили 42 здоровых эмбриона из 58-и. Это составило 72,4% потомства без патологии. Такие результаты оказались довольно успешными по сравнению с полученными ранее при других исследованиях с CRISPR/Cas9 на эмбрионах с генетическими заболеваниями. Улучшение показателей, их приближение к ста процентам, дает надежду на лечение наследственных болезней в ближайшем будущем.

«Мы продемонстрировали возможность исправлять мутации в человеческом эмбрионе безопасным способом и с заметной степенью эффективности», — говорит один из руководителей проекта, Хуан Карлос Бельмонте.

Что может предложить миру CRISPR/Cas9

Каждое крупное открытие в истории человечества встречало сопротивление. С этим столкнулись и Галилео Галилей, и Джордано Бруно, и Парацельс, и Игнац Земмельвейс, осмеянный за свое предложение мыть врачам руки перед осмотром больных. Мир с трудом принимает новые открытия. Сотни известных имен стали признанными лишь после смерти и были гонимы за свои убеждения при жизни.

Инквизиция и научное невежество остались далеко позади. Сегодня медицина развивается очень быстро — в сравнении с минувшими столетиями она движется семимильными шагами. Несомненно, CRISPR/Cas9 станет одним из важнейших биотехнологических открытий XXI века. Что же может предложить миру эта технология?

Рисунок 6. Руками врача буквально лечится геном.

Рисунок 7. Развитие эмбриона из одного оплодотворенного яйца до бластоцисты.

Рисунок 8. Схема возможного использования органов свиней.

Рисунок 9. ГМ-пища.

Рисунок 10. Схематичное изображение «дизайнерского» ребенка.

Тем не менее случайные мутации, которые ненароком могут появиться при редактировании генома, потенциально могут быть еще опаснее, чем имеющиеся (рис. 11).

Рисунок 11. Схематичное изображение гена с опасной мутацией.

Этично ли редактировать людей?

CRISPR/Cas9 предстоит преодолеть не только технические трудности, которые требуют приближенного к ста процентам результата для внедрения в практическую медицину, но и этические (рис. 12). Насколько нравственно редактировать геном человека, данный ему при рождении? Можем ли мы вмешиваться в работу природы и модифицировать ее по своему усмотрению?

Рисунок 12. Обложка книги профессора Калифорнийского университета Пола Кнопфлера — GMO sapiens.

Международный мораторий на опыты над людьми говорит сам за себя. А проведенные на данный момент исследования имели четкие рамки, закрепленные законодательно. Вынашивание и рождение «редактированного ребенка» в таких условиях невозможно.

По мнению биоэтика из Университета Висконсина в Мэдисоне Альты Чаро, «дизайнерские дети» — сомнительная перспектива для CRISPR/Cas9. Исследовав положение дел с технологией генной модификации, она сделала заявление: «Озабоченность по поводу проведенных экспериментов раздута. Это увлекательный, важный и достаточно внушительный шаг к изучению правильного редактирования эмбрионов. Независимо от беспокойных предположений, это не начало эпохи „дизайнерских детей“. Наследование таких признаков, как интеллект или атлетизм, определено множеством генов. Разгадать каждый из них и спроектировать ребенка не представляется возможным» [19].

Что же принесет миру технология генного редактирования CRISPR/Cas9 — пользу или вред? Однозначного ответа на этот вопрос не даст никто. Хотя практической пользы от технологии пока получено не было, то будущее, которое рисует CRISPR/Cas9 в рамках биомедицины, рано или поздно наступит. И нам откроется возможность узреть и понять этот новый и смелый отредактированный мир (рис. 13).

Рисунок 13. Безграничные возможности CRISPR/Cas9.

Источник