Максим Руссо: Генетические эксперименты с эмбрионами человека

Максим Руссо Ранние стадии развития эмбриона

На данный момент ученые в трех странах получили разрешение на исследования, связанные с генетическими модификациями человеческих эмбрионов. К Китаю и Великобритании недавно добавилась Швеция.

Китайские исследователи первыми сообщили о подобных экспериментах в апреле 2015 года. Слухи о них ходили задолго до этого, а подтверждением стала публикация в журнале Protein & Cell (по утверждению авторов, журналы Nature и Science отказались публиковать данную статью из-за этических соображений). В статье группа под руководством генетика Цзюньцзю Хуана из Университета Сунь-Ятсена в Гуаньчжоу рассказала о попытках изменить ген, ответственный за развитие бета-талассемии, генетического заболевания крови, при которой мутация возникает в гене, ответственном за синтез одной из частей гемоглобина. Подробнее об этой болезни и о других попытках ее лечить генетическими методами можно прочитать в очерке «Редактирование талассемии».

Для экспериментов китайских ученых использовались, по их утверждению, нежизнеспособные эмбрионы, полученные из клиник, где занимаются искусственным оплодотворением. В ходе этого процесса иногда получаются оплодотворенные клетки с дополнительным набором хромосом, так как в яйцеклетку проникают два сперматозоида. У них нет шансов пройти цикл развития до конца, но первые фазы они все-таки проходят, что делает их возможным объектом для эксперимента.

Ген, из-за мутации в котором люди заболевают бета-талассемией, ученые пытались изменить, используя технологию редактирования геномов CRISPR/Cas9 (о ней также можно прочитать в очерке, посвященном талассемии). Появившаяся сравнительно недавно, она уже довольно хорошо освоена на взрослых клетках человека и на эмбрионах других животных. С человеческими эмбриональными клетками до тех пор никто не работал. Цзюньцзю Хуан и его коллеги индуцировали ферментную конструкцию CRISPR/Cas9 в 86 эмбрионов. Затем они ждали двое суток, за это время система CRISPR/Cas9 должна была заменить дефектный ген, а сами эмбрионы дойти до стадии восьми клеток. Из 71 выжившего эмбриона 54 были протестированы генетически, и обнаружилось, что только у 28 цепочка ДНК была успешно сращена после разрыва и что лишь у части из них был вставлен нужный ген. В итоге китайские ученые пришли к выводу о серьезных препятствиях для применения данного метода.

Хотя решающего успеха команде китайских ученых добиться не удалось, их публикация подстегнула давно идущую в научном сообществе дискуссию о допустимости редактирования эмбрионального генома. Оптимисты видели в таком подходе способ победить смертельные генетические заболевания еще до рождения ребенка. Скептики опасались, что генетические изменения в эмбрионах могут оказать непредсказуемый эффект. Также они указывали на высокий риск неэтичного использования подобных технологий. Споры о редактировании человеческого генома, в частности эмбрионального велись и до данной публикации, о них можно прочитать в очерках «Редактирование генома: за и против» и «Новый шаг в редактировании генома». Обратите внимание, в первом из них, где описывается состояние дел на середину марта прошлого года, упоминается сообщение анонимного источника о том, что ведущие научные журналы рассматривают возможность публикации работ о редактировании генома человеческих эмбрионов. Спустя две недели вышла в свет статья китайских ученых.

Результаты команды Цзюньцзю Хуана дали скептикам дополнительные аргументы. При анализе геномов использованных в эксперименте эмбрионов было обнаружено довольно много изменений, внесенных не в целевой ген, а в другие участки генома. Их количество было значительно выше, чем в экспериментах с технологией CRISPR/Cas9 на эмбриональных клетках мышей или на клетках взрослого человека. К тому же надо помнить, что исследователи анализировали лишь часть генома, так что число мутаций может быть еще выше. Это стало серьезным доводом против редактирования эмбриональных геномов, ведь такие внеплановые мутации могут оказаться вредными. Однако Цзюньцзю Хуан предполагает, что большое число внецелевых мутаций может быть также вызвано тем, что для исследования использовались уже генетически аномальные эмбриональные клетки. А проверить, как метод будет работать в нормальных условиях, можно только на здоровых, жизнеспособных клетках. Пока же ученый планирует работать над тем, чтобы снизить количество побочных мутаций, совершенствуя метод или используя вместо CRISPR/Cas9 другую технологию редактирования (Talen).

При этом китайский источник сообщил редакции новостей сайта Nature после появления статьи Цзюньцзю Хуана, что в Китае как минимум четыре исследовательских группы сейчас работают над редактированием человеческого эмбрионального генома. Его слова подтвердились в начале апреля этого года, когда Journal of Assisted Reproduction and Genetics опубликовал статью группы под руководством Юн Фаня из Медицинского университета Гуаньчжоу. Авторы вносили мутации в геном эмбрионов, чтобы сделать их невосприимчивыми к ВИЧ-инфекции. У них имелось 213 оплодотворенных человеческих яйцеклеток, которые, как и в первом исследовании, были нежизнеспособны из-за дополнительных хромосом. Используя метод CRISPR/Cas9 ученые вносили в геном мутацию, известную как CCR5Δ32. Люди, у которых она встречается, устойчивы к заражению СПИДом, поскольку у них изменена структура белка CCR5, который используется вирусом, чтобы проникнуть в человеческие Т-лимфоциты.

Увы, и в этом случае успехи были невелики. Из 26 использованных в эксперименте эмбрионов только четыре оказались в итоге модифицированы. Однако в некоторых хромосомах даже этих эмбрионов сохранялся немодифицированный вариант гена, а также опять-таки присутствовали множественные незапланированные мутации.

Еще одна громкая новость поступила в конце января этого года, когда в Великобритании была удовлетворена заявка специалиста по биологии развития Кэти Ниакан (Kathy Niakan) из Института Фрэнсиса Крика на проведение экспериментов по модификации эмбриональных геномов (подробности – в специальном очерке). Материал для исследований, как и в предыдущем случае, будет поступать из репродуктивных клиник, но планируется, что это будут нормальные эмбриональные клетки. Полученная исследовательницей лицензия разрешает эксперименты над эмбрионами до возраста 14 дней (то есть до стадии примерно 250 клеток). Кэти Ниакан изучает изменения экспрессии различных генов на раннем этапе развития, для редактирования генома она тоже использует систему CRISPR/Cas9.

Теперь же проводить подобные исследования будет и Фредрик Ланнер (Fredrik Lanner) из Каролинского института в Стокгольме. Пока в журнале Cell была опубликована статья Ланнера и его коллег, которые, анализируя экспрессию генов в 88 эмбрионах на ранних стадиях развития, определяли гены, которые станут будущими мишенями для редактирования.

В декабре прошлого года международный конгресс ученых и специалистов по биоэтике заявил, что редактирование генов не должно проводиться в человеческих эмбрионах, предназначенных для имплантации в материнскую матку, но поддержал фундаментальные исследования в этой области. Надо признать, что, не смотря на высказываемые многими опасения, работы с применением генетического редактирования человеческих эмбрионов в ближайшее время начнутся и в других странах мира.

Смотрите также: Максим Руссо Англия редактирует геном человеческих эмбрионов Александра Брутер Новый шаг в редактировании генома Александра Брутер Редактирование генома: за и против Александра Брутер Редактирование талассемии