От свиней до гениальной нации
Завершился проект 1000 Genomes Project при участии команды исследователей из США, Великобритании, Италии, Перу, Кении, Нигерии, Китая и Японии. В течение семи лет генетики полностью расшифровали геномы более чем 2,5 тыс. человек, каждый из которых состоит из 3 млрд. генов. Ученые уверены, что информация, полученная в процессе исследования, поможет лечить большинство заболеваний, включая рак, болезнь Альцгеймера и многие другие.
Изначальной целью 1000 Genomes Project была полная расшифровка геномов тысячи человек - представителей разных рас и национальностей. В итоге были расшифрованы геномы двух с половиной тысяч добровольцев. Получить гораздо больше данных помогло снижение стоимости проведения экспериментов: если в 2008 году цена полного секванирования генома человека стоила около $100 тыс., то теперь это менее $2 тыс.
Исследователи определили, какие гены отвечают за развитие определенных заболеваний. В статье, опубликованной в новом номере журнала Nature, говорится, что исследователи, в частности, определили, какие именно генетические вариации ответственны за патологии сердца, хронические воспаления желудочно-кишечного тракта, серповидноклеточную анемию (нарушения строения гемоглобина) и наследственную болезнь Гоше, поражающую селезенку, печень, почки, легкие, головной и костный мозг. Важнейший результат 1000 Genomes Рroject - это составление каталога вариаций человеческих генов для разработки кардинально новых методов лечения генетических заболеваний.
Еще до начала проекта проводилось немало исследований, в которых ученые идентифицировали геномы, отвечающие не только за развитие определенных заболеваний, но и интеллектуальных способностей человека, уровня его агрессии и даже установление моральных принципов. Как известно, в Китае всерьез намереваются редактировать геном эмбрионов, чтобы вывести в перспективе "идеальную нацию". Хотя в других странах к таким радикальным мерам пока не пришли, рано или поздно это, очевидно, случится и успехи в исследовании геномов, а также их коррекции достигнуты немалые. А 1000 Genomes Рroject стал новым этапом на пути экспериментов в этой отрасли. Ожидается, что полученная в ходе проекта информация поможет систематизировать все имеющиеся знания и упростит последующие разработки, включая редактирование генома человека. Первыми в марте этого года впервые в истории медицины изменили гены в эмбрионе человека китайцы.
Возглавивший эксперимент Цзюньцзю Хуан из Университета Сунь Ятсена, взял для опытов нежизнеспособные эмбрионы, полученные из местных клиник планирования семьи. Ученые использовали наиболее перспективную систему редактирования генома CRISPR/Cas9, которая позволяет с помощью высокоспецифичных ферментов вырезать "неправильные" участки генов, и менять их на нормальные последовательности. Система, благодаря которой это возможно, присутствует в большинстве бактерий. С помощью ферментов CRISPR можно изменить структуру нужной ДНК в любом требуемом месте, размножить эту ДНК в бактериях и затем с помощью вирусных векторов ввести ее в необходимые клетки, изменив их геном так, как это требуется. Два года назад Джордж Черчем и Фэн Чжан отредактировали с помощью этой технологии геном млекопитающих, за что претендовали на Нобелевскую премию этого года. А недавно Черч, используя CRISPR/Cas9, успешно модифицировал множество генов в эмбрионах свиней, что облегчило трансплантацию их органов в организм человека. Об открытии сообщалось в Popular Science.
Что касается эксперимента Цзюньцзю Хуана, он использовал CRISPR/Cas9 для удаления из ДНК мутантного гена HBB, вызывающего бета-талассемию - тяжелое генетическое заболевание крови. Именно предотвращение наследственных заболеваний до рождения ребенка и считается главной официальной целью генетического редактирования. В результате экспериментов выжил 71 зародыш, но лишь у 28 редактор генома правильно сделал свою работу, а исправленную версию гена сохранили всего четыре. То есть, технология пока несовершенна и сейчас ученые ее активно дорабатывают. Они планируют сделать CRISPR/Cas9 более прицельной, вводят ферменты в другом формате, позволяющем системе отключаться еще до накопления опасных мутаций. Возможно, будут использоваться иные редакторы генома, дающие меньше непредвиденных мутаций. Интересно, что статью об этой работе отказались взять в ведущие научные журналы мира, включая Nature и Science: по словам Цзюньцзю Хуана, именно из-за этических проблем, связанных с редактированием генома эмбрионов человека.
Хотя официально коррекция генома человека пока не проводится, известно, что подпольные разработки в этой сфере ведутся уже давно, причем в разных странах мира, включая США и Европу. Разумеется, это секретные проекты, поддерживаемые государством. Безусловно, та же Америка никогда не смирится с тем, что Китай готовится стать нацией гениев и готовит свои козыри.
За право проводить официальные генетические эксперименты уже много лет активно борются британские медики. Недавно в очередной раз они попросили правительство предоставить разрешение на замену генов в эмбрионах человека. Эксперименты собираются проводить в Институте Френсиса Крика в Лондоне. Конечная цель ученых - пока не создание идеальной нации, а решение проблемы выкидышей. Модифицируя эмбрионы человека, они хотят определить гены, активнее всего действующие в первые дни жизни плода, когда эмбрион формирует клетки - основу будущей плаценты. Гены будут включать и отключать с помощью технологии CRISPR/Cas9.
Хотя ученые уверяют, что они не стремятся к "дизайнерским младенцам", любые эксперименты в сфере генной инженерии создают для этого хорошую базу. Идея, на самом деле, весьма заманчивая - кому не хотелось бы иметь здоровых, красивых и талантливых детей? Поэтому просто так от нее никто не откажется, не смотря на пугающие предупреждения противников генной инженерии: по мнению академического сообщества, редактировать гены эмбрионов опасно, так как они передают измененную ДНК следующим поколениям и незаметные, на первый взгляд, негативные последствия "правки" могут проявиться в будущем. Кроме того, эффективная система модификации генов может использоваться в негуманных целях.
Параллельно ученые пытаются разработать новые, более точные инструменты редактирования генома. Недавно группа ученых из США и Нидерландов открыла новый белок CRISPR-Cpf1, способный редактировать геном человеческих клеток. Исследователи выделили его из бактерий Acidaminococcus и Lachnospiraceae. Работа об этом опубликована в свежем журнале Cell. Ученые отмечают, что Cpf1 работает подобно CRISPR/Cas9, однако обладает рядом преимуществ, главная из которых - ее простота. Так, для разрезания ДНК Cpf1 необходимо присоединить лишь одну молекулу РНК (в отличие от Cas9, которому требуется две) и Cpf1 меньше Cas9, что облегчает его доставку в клетки. Кроме того, новый белок разрезает ДНК со смещением, это позволит более эффективно и точно интегрировать часть ДНК. Немаловажно, что Cpf1 режет далеко от целевого участка, позволяя повторно редактировать ген в случае появления мутации со стороны разреза и обеспечивает большую гибкость в выборе зоны редактирования. Как и в случае с Cas9, авторы разработки планируют поделиться системой Cpf1 с различными группами ученых по всему миру. В свое время исследователи отдали более 23 тысяч образцов Cas9 в различные лаборатории с целью ускорения исследований по редактированию генома.
Так что пройдет совсем немного времени и генетики кардинально изменят действительность. Кроме того, что люди избавятся от многих заболеваний, они станут гораздо совершеннее: стоит отредактировать отдельный геном и преступник станет законопослушным гражданином, а далекий от умственной работы человек начнет усваивать информацию на лету. Безусловно, рано или поздно появится надежная методика, которая позволит официально редактировать эмбрионы и выращивать уже готовых совершенных людей.
