Генетический ремонт человека – уже реальность

За последние 10 лет ученые существенно продвинулись в изучении генов человека и многие из них уже идентифицированы. Так, выявили гены, отвечающие за интеллект, агрессию, склонность к суициду и пр. Параллельно пытаются найти гены молодости, старения и те, которые отвечают за развитие определенных заболеваний. Но одно дело - найти, а другое - управлять этими генами, вносить в них коррективы. До недавнего времени попытки ученых прицельно модифицировать гены в живой клетке не давали желаемых результатов. Однако последние достижения в области геномной инженерии вселяют надежду.

Одной из наиболее многообещающих является технология CRISPR. Она позволяет проводить микрохирургические операции на генах, изменяя последовательность ДНК в строго определенных регионах хромосомы. Интересно, что и сторонники, и противники методики сходятся во мнении, что именно CRISPR очень скоро расширит сферу применения генной терапии и обеспечит возможность излечения простых генетических заболеваний, а в будущем - и более сложных патологий, затрагивающих сразу несколько генов.

Главное преимущество CRISPR в том, что эта технология позволяет с высокой точностью редактировать конкретные фрагменты ДНК, вплоть до замены одной пары нуклеотидных оснований, тогда как большинство традиционных геннотерапевтических подходов заключаются во встраивании нового генетического материала в геном клетки случайным образом. По сути, CRISPR позволяет полностью переписать человеческий геном.

Эта методика возникла всего год с небольшим и до внедрения ее в клиническую практику нужно время, однако исследователи уже достигли с помощью CRISPR определенных успехов в лечении ряда опасных заболеваний.

Ударить иммунитетом по раку

Так, недавно ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, используя CRISPR, впервые модифицировали гены в Т-клетках, имеющих принципиальное значение для формирования здоровой иммунной системы. Поскольку такие клетки легко находят и уничтожают инфекцию или болезнь, их можно заставить бороться со всеми поражающими иммунную систему недугами. Раньше ученые уже пытались использовать CRISPR для изменения генетического кода Т-клеток для лечения ВИЧ и рака, но оказалось, что методы, используемые для изменения генов во многих других типах клеток, в случае с иммунными неэффективны.

По данным, опубликованным на днях в PNAS, ученые из Калифорнийского университета изменили иммунные клетки таким образом, чтобы они больше не производили два белка. Первый, CXCR4, используется ВИЧ, когда тот вторгается и уничтожает Т-клетку, поэтому его отключение сделает организм более устойчивыми к атакам вируса. Также был заблокирован второй белок, PD-1: исследования показали, что это заставляет Т-клетки атаковать раковые. В рамках экспериментов, ученым удалось блокировать эти белки примерно в одной трети редактируемых клеток - хотя это пока и не стопроцентый успех, но, по крайней мере, ученые знают, в каком направлении двигаться. Предполагается, что после доработки методика будет применяться не только для лечения ВИЧ и рака, но и других опасных, связанных с иммунной системой, заболеваний.

А исследователи из Технологического института Джорджии, успешно использовали CRISPR для коррекции мутации, вызывающей серповидноклеточную анемию. Возглавивший разработку профессор Ган Бао, описывая ее в  журнале Cell говорит, что новый подход позволит лечить самые разные болезни, однако именно серповидноклеточная анемия является идеальным объектом для отработки технологии, поскольку это заболевание вызывается мутацией в одном гене и затрагивает клетки одного типа.

На сегодняшний день единственным эффективным методом лечения серповидноклеточной анемии является трансплантация костного мозга, проведение которой возможно только при наличии у пациента здорового совместимого донора. Однако даже в этом случае существует высокий риск смерти от развивающихся иммунологических реакций и других побочных эффектов.

Новая методика позволит избежать подобных проблем. Она предполагает выделение из костного мозга пациента стволовых клеток, коррекцию их генома с помощью CRISPR и введение обратно пациенту. Такие "исправленные" клетки будут делиться и преображаться в нормальные эритроциты. Ученые утверждают, что если таким образом удастся заменить хотя бы 50% пораженных заболеванием клеток, пациент будет чувствовать себя намного лучше, а замена 70% аномальных эритроцитов полностью его вылечит.

Развивают CRISPR и другие научные лаборатории. Так, биотехнологическая компания из Кембриджа Editas Medicine с использованием этой методики разрабатывает методы лечения рака крови и амавроза Лебера - наследственного глазного заболевания. Для лечения рака крови предполагается получить иммунные клетки из организма пациента, настроить их на борьбу с раком, а затем ввести обратно больному. В случае глазной болезни, систему CRISPR используют для удаления в сетчатке гена, ответственного за развитие амавроза Лебера.

Лекарство для психики

Профессор Фэн Чзан, сотрудничающий с Массачусетским технологическим институтом, институтом Броуда и институтом изучения мозга имени Макгаверна, собирается применять CRISPR для лечения психических заболеваний. В настоящее время Чзан использует технологию для изучения генетических мутаций, связанных с шизофренией и аутизмом.

Методика CRISPR позволяет Чзану систематично тестировать варианты ДНК, считающиеся ответственными за эти заболевания. Хотя уже достигнут значительный прогресс в идентификации генов, часто встречающихся у людей с психическими расстройствами, ученым пока не удалось разобраться, как они взаимосвязаны с симптомами расстройств. Для того чтобы понять, действительно ли подозреваемый ген вызывает тот или иной симптом, в здоровый организм надо внести соответствующую мутацию и понаблюдать за ее развитием. Появление у такой клетки или организма признаков заболевания является доказательством вовлеченности изучаемого гена.

В ближайшее время Чзан намеревается воссоздавать цепочки ДНК, встречающиеся у людей с аутизмом и шизофренией, в культивируемых клетках человека и в клетках живых лабораторных мышей. Ученый также использует CRISPR для одновременного внесения изменений в несколько генов. Это важно для создания методики лечения аутизма и шизофрении, каждая из которых, в отличие от серповидноклеточной анемии, являются результатом различных комбинаций мутаций.

Волшебные ножницы

Возможности CRISPR не ограничены добавлением недостающего ДНК звена или исправлением ошибок. По словам профессора Джорджа Черча из Гарвардского университета, ученые только сейчас стали осознавать, что наиболее распространенные версии генов совсем необязательно являются оптимальными. Вскоре специалисты смогут модифицировать нормальные гены таким образом, что человек будет более эффективно противостоять инфекционным заболеваниям. Теоретически можно даже внести коррекции в молекулярные механизмы процесса старения.

Черч также предсказывает, что если методы коррекции генома будут использоваться для лечения детских болезней, у специалистов появится искушение использовать их для инженерии эмбрионов при проведении экстракорпорального оплодотворения. Тем более, что методика уже доказала свою эффективность в экспериментах на мышиных и крысиных эмбрионах. А в прошлом году китайские ученые из медицинского университета Нанджинга объявили о создании с помощью CRISPR генетически модифицированных обезьян.

Разумеется, такие возможности не могут не поднимать этических вопросов. Однако если исследователи смогут убедительно доказать безопасность избавления от заболеваний путем коррекции генома, технологии CRISPR будут развиваться, обеспечивая людям со временем не только избавление от болезней и вечную молодость, но также высокий уровень интеллекта, внешнюю привлекательность и прочие блага.