Александра Брутер: Редактирование генома: за и против

Александра Брутер Фрагмент компьютерной визуализации человеческого генома

Пожелавшие остаться неизвестными ученые рассказали сотрудникам новостного отдела журнала Nature, что некоторые научные журналы, которые также пожелали остаться неизвестными, рассматривают в данный момент возможность публикации работ о редактировании генома человеческих эмбрионов.

Эта тема вообще довольно острая и последнее время часто обсуждается. Как водится, сколько ученых – столько и мнений. И, разумеется, свое мнение по вопросу имеют не только ученые. Ажиотаж вызван тем, что появилась возможность. А вот понимания, стоит ли пользоваться этой возможностью, и, если да, то как именно, как часто и для чего – не появилось. На сегодняшний день в странах, где у ученых есть такая техническая возможность, регулирующие органы чаще запрещают подобные эксперименты. Из 22 западноевропейских стран манипуляции с геномом человеческих эмбрионов запрещены в 15. В США прямого запрета нет, но соответствующий комитет Национальных институтов здравоохранения заявил, что не будет в настоящее время принимать к рассмотрению заявки на подобные проекты, а он является основным источником крупных исследовательских грантов в области науки о жизни в США.

Само по себе редактирование геномов не является чем-то неслыханным. Но до сих пор с практическими целями редактировали только геномы человеческих соматических клеток.

Калифорнийская компания Sangamo BioSciences внедряет метод терапии ВИЧ/СПИДа, основанный на модификации генома T-лимфоцитов. Для проникновения внутрь лимфоцита вирусу нужно, чтобы на поверхности лимфоцита находился рецептор CCR5. Существует некоторое количество людей, обладающих этой мутацией от рождения. Такие люди обычно устойчивы к заражению ВИЧ. Симптомы иммунодефицита, вызываемые вирусом, обусловлены тем, что вирус проникает внутрь Т-лимфоцитов и там размножается, а клетки от этого погибают. Резервные копии вируса могут храниться и в других клетках организма, но симптомы болезни обусловлены именно гибелью Т-лимфоцитов. Большинство лимфоцитов живет недолго, их популяция все время обновляется за счет живущих в костном мозге стволовых клеток. Исследователи рассчитывают, что, удалив из стволовых клеток – предшественников лимфоцитов ген, кодирующий CCR5 рецептор, им удастся избавить людей, зараженных ВИЧ, от симптомов болезни. Хотя эти люди, скорее всего, еще долго (возможно, всю жизнь) будут носителями вируса, они смогут обойтись без обладающей неприятными побочными эффектами антиретровирусной терапии, которую иначе вынуждены были бы принимать пожизненно.

В этом году должны начаться клинические испытания лечения β-талассемии с помощью редактирования генома. Эта болезнь вызывается мутацией в гене гемоглобина и может быть вылечена, если исправить ее в стволовых клетках костного мозга – предшественниках эритроцитов.

На сегодняшний день разработаны два принципиально разных метода редактирования геномов. Один создан раньше, зато другой лучше.

Сначала были придуманы генноинженерные нуклеазы. В природе многие клеточные процессы требуют взаимодействия белков с нуклеиновыми кислотами. В частности, вся регуляция транскрипции (то есть активности генов) основана на том, что специальные белки взаимодействуют со строго определенными последовательностями ДНК. Обычно за взаимодействие с ДНК в белках отвечают домены, называемые за форму и потребность в атомах цинка для стабилизации структуры «цинковыми пальцами». Поскольку в природе их великое множество, ученым не составило труда научиться конструировать белки, узнающие любую нужную им последовательность ДНК. Объединив домен, ответственный за узнавание ДНК, с доменом, умеющим разрезать ДНК, ученые получили фермент, способный разрезать ДНК в заранее указанном месте.

Более новая технология редактирования генома, использованная впервые с этой целью в 2013 году – это система CRISPR/Cas9. Эта система тоже позаимствована у природы, а точнее у бактерий. У них она работает чем-то вроде приобретенного противофагового (противовирусного) иммунитета. Встретившись с вирусом один раз, бактерия оставляет в своем геноме фрагменты вирусного. С этих фрагментов может синтезироваться РНК с нужными сигнальными последовательностями. Если тот же вирус снова попадет в бактериальную клетку, синтезированная бактерией РНК провзаимодействует с вирусным геномом по принципу комплеметарности, а специальный бактериальный фермент Cas9 умеет разрезать такие взаимодействующие структуры. Если доставить в клетку генетическую конструкцию, кодирующую РНК, комплементарную гену, который нужно исправить, фермент Cas9 и исправленную копию гена, дальше они справляются сами. Этот метод эффективен, прост в использовании и, скорее всего, именно он высек искру, из которой разгорелось пламя революции в области редактирования геномов.

Прежде чем задаваться вопросом, можно ли редактировать геномы человеческих эмбрионов, надо задуматься, нужно ли это.

На самом деле, потребность в таком редактировании возникает на сегодняшний день редко. Если речь идет о том, чтобы не допустить рождения у пары ребенка с генетическим заболеванием, чаще всего, достаточно оплодотворения in vitro и последующей селекции эмбрионов. Имплантировать матери будут только те эмбрионы, которые не несут мутации. Возможно, если бы редактирование генома было единственным методом избежать рождения ребенка с болезнью, его разрешили бы быстрее.

Все остальные соображения «против» делятся на соображения безопасности и соображения этичности.

Сложно гарантировать, что коррекция генома успеет произойти до момента деления оплодотворенной яйцеклетки (хотя система CRISPR/Cas9 в этом смысле надежнее цинковых пальцев), а если коррекция будет происходить после, то часть клеток может сохранить старый генотип, а часть приобрести новый. Узнать это до рождения ребенка не выйдет, отдаленные последствия этого неизвестны. Возможный мутагенный эффект должен изучаться отдельно, в экспериментах на животных.

Соображения «против» этического плана также довольно сильны. Многим кажется недопустимым, чтобы родители заранее заказывали цвет глаз и свойства характера своих будущих детей.

На сегодняшний день складывается такая картина: редактирование генома человеческих эмбрионов в большинстве стран запрещено, но и не нужно. Возможно, когда мы накопим больше знаний о роли генетики в некоторых заболеваниях, в которых она сегодня не очевидна, и заодно появится больше доказательств безопасности методики, ретрограды, которые считают, что редактирование надо запретить исключительно по этическим соображениям, останутся в меньшинстве.

Смотрите также: Александра Брутер Итальянские стволовые клетки Максим Руссо Утрата части хромосомы избавила пациентку от тяжелого заболевания Александра Брутер Редактирование талассемии Александра Брутер ВИЧ: излечение возможно