В 2020 году Нобелевскую премию по химии вручили за технологию редактирования генома с использованием CRISPR. Подробнее о таких технологиях и перспективах редактирования генома нам рассказал Денис Ребриков – д.б.н., профессор РАН, проректор по научной работе федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации, заведующий лабораторией геномного редактирования федерального государственного бюджетного учреждения "Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В. И. Кулакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации.
Оператор: Александр Захарченко.
Интервьюер: Валентина Рыкова.
Монтаж и дизайн: Алла Пашкова.
Стенограмма: Павел Москалёв, Елена Королёва.
Благодарим за поддержку на Patreon
Andrey Kravtsov
Евгений Цыкало
DemetriusXXI
Vladimir Kondratenko
Mustard_Lolipop
Руслан dag05
Alexey Buzmakov
Владимир
Timofei
Alexander Chebukin
Вы тоже можете нас поддержать по ссылкам:
https://www.patreon.com/join/sciteam
Интервьюер: Здравствуйте, мы рады приветствовать вас на канале SciTeam, и сегодня мы говорим об очень важном событии. Дело в том, что 7 октября 2020 года была присуждена Нобелевская премия по химии за создание технологии редактирования генома. Её дали Дженнифер Дудне и Эммануэль Шарпантье.
Все биологические паблики, сообщества очень радовались этому событию, и сегодня мы решили поговорить о том, что это вообще значит для современной науки. Мы будем говорить с доктором биологических наук, проректором медицинского университета имени Пирогова и заведующим лабораторией редактирования генома имени Кулакова, а именно с Денисом Владимировичем Ребриковым. Здравствуйте!
Денис Владимирович Ребриков: Здравствуйте.
Интервьюер: Мы не очень хороши в этом вопросе, поэтому, пожалуйста, расскажите нам, что же такое технология CRISPR/Cas, что она значит для современной медицины и как вообще её можно применять, когда мы будем наконец-то редактировать геномы?
Денис Владимирович Ребриков: Ну, в первую очередь технология имеет значение для научных исследований. На сегодня медицинское применение, мы сейчас это тоже обсудим, пока очень ограниченно. За что Дудне и Шарпантье дали Нобелевскую премию? Безусловно, за то, что на сегодня очевидна роль этой технологии в научно-исследовательских работах. Мы научились определять последовательность ДНК и фактически читать этот генетический код довольно давно. Геном человека был определён в 2000 году, 20 лет назад. Но с тех пор по сути мы не достигли не то что полного понимания того, что закодировано в нашей ДНК — мы, так сказать, там понимаем процентов, может быть, 10-15 от того, что там заложено. И инструмент редактирования ДНК позволяет нам быстрее прийти к пониманию всего объёма информации, который заложен в этом шифре. Потому что учёные, как правило, изучают сложную систему путём их поломки, ну или модификации в широком смысле: мы что-то меняем и смотрим, что получится. Это чёрный ящик, мы не понимаем, где надо заранее поменять, чтобы получить нужный эффект. Это метод такого вот научного тыка. Мы вот где-то что-то меняем, получаем эффект. Конечно, учёные использовали такие подходы с поломками уже давно, и последние 40 лет активно используются модификации генома. И вообще все методы генной инженерии, разработанные больше 40 лет назад, они, по сути, вот то же самое. Просто CRISPR/Cas является очень простой и очень точной технологией. Раньше у нас были ограничения: мы могли разрезать ДНК только в определённых местах, мы могли вставлять новые последовательности или заменять какие-то нуклеотиды, опять же, только в каких-то местах, не имея широкого поля действия. Тоже с оговорками, потому что перед технологией CRISPR/Cas последние где-то лет 15, ну 10 точно, использовали похожие подходы. Они называются “цинковые пальцы”, технология “цинковых пальцев”, и технология доменов TALEN, которая по сути позволяет делать то же самое, то есть точно вносить разрез в геном там, где мы хотим, без привязки к месту. Но сама по себе процедура создания этого редактора и применения этого редактора на два порядка сложнее. И здесь, конечно, прорыв с CRISPR был в том, что это очень простая технология. Мы можем сделать новый редактор за несколько дней, и он будет обладать очень хорошей точностью, эффективностью. И это создало просто гигантский вал исследований в области модификации генома живых организмов. До этого только некоторые лаборатории могли работать с очень сложной технологией. Сегодня это может себе позволить любая молекулярная лаборатория, просто вот любая.
Интервьюер: Получается, CRISPR/Cas облегчает работу с большими геномами, например, с геномом человека. А что касается микроорганизмов? Насколько я знаю, при редактировании их генома, в генной инженерии микроорганизмов используется технологии рестрикции, модификации... Настолько ли лучше в случае микроорганизмов применять технологию CRISPR/Cas или, наоборот, это всё усложняет?
Денис Владимирович Ребриков: Ну, как я уже сказал, это похожие вещи, по сути CRISPR является тоже некой нуклеазой, как и так называемые рестриктазы, только у неё нет привязки к сайту. Рестриктазу мы используем, когда мы знаем заранее, что вот здесь есть последовательность из шести нуклеотидов, которые узнают эти "ножницы", и вот они могут разрезать нам только здесь, а с CRISPR мы свободны в выборе. Мы говорим: "Хотим порезать тут" — порезали тут, "Хотим порезать здесь", — то есть мы делаем "ножницы" под конкретную задачу и режем там, где нам нужно. Но вообще, глобально, это по сути тоже самое. Тут вот для не специалиста может быть не понятно, какая-то технология редактирования генома, но на самом деле это просто "ножницы", которые разрезают молекулу ДНК там, где мы хотим, и, в отличие от предыдущих вариантов, мы не привязаны к сайту, и мы делаем этот редактор быстро, за несколько дней — за 4 дня мы синтезируем гидовую РНК, даём её уже заранее подготовленному ферменту, который лежит в холодильнике, и они вместе узнают нужный нам кусочек ДНК.
Интервьюер: То есть вся работа с редактированием генома методом CRISPR/Cas занимает, ну, там, несколько дней, и основная часть работы по продолжительности — это синтез РНК?
Денис Владимирович Ребриков: Не совсем так. Смотрите, вообще работу по внесению изменений в геном можно разделить, наверное, на три, что ли этапа. Ну вообще три — хорошее число, всё надо делить на три кучки. Первая кучка — это создание самого редактора. Вот мы поняли, где мы хотим что-то поменять, и мы под эту задачу создаём редактор. Это занимает, ну, не знаю, несколько дней, скажем так. Собственно, как я уже сказал, главное отличие в том, что мы раньше делали это месяцами — каждый редактор делали несколько месяцев, теперь мы делаем это несколько дней. Это очень классное упрощение и ускорение всех процедур. Дальше — мы сделали редактор, мы должны, соответственно, провести саму процедуру изменения генома чего-то. Это могут быть соматические клетки, это могут быть гаметы, это может быть ткань какого-то организма — то есть здесь гигантское разнообразие, вопрос только в средствах доставки, как мы привносим эти ножницы внутрь живой клетки. И для разных видов организмов: для растений, для животных, для микроорганизмов — используются разные системы доставки редактора внутрь клетки. И третий блок — это собственно понять, произошло ли изменение, то есть отсеквенировать ДНК, определить последовательность генома, убедиться, что мы изменили там, где мы хотели, и, в идеале, не изменили больше нигде. Потому что вот это понятие — специфичность этих ножниц — это очень важный для исследователей параметр. Если ножницы режут не только там, где нам нужно, но где-то ещё, это может создать дополнительный, не нужный нам фон, не нужный нам эффект эксперимента. И, конечно, исследователи обязательно проверяют, что воздействие произошло, где мы хотели, и что больше нигде никаких воздействий не произошло. Это два ключевых параметра редактора, который мы используем: его эффективность и его безопасность, если мы говорим про медицину, ну или его точность в широком смысле. Вот когда говорят про медицинские препараты, говорят "безопасность". Безопасность — это, вот, что нет побочных эффектов. Если мы редактируем геном, не знаю, там, пшеницы, то здесь, наверное, для нас не так важно слово “безопасность”, мы говорим “точность”.
Интервьюер: От чего зависит точность или безопасность? От длины молекулы или от какого-то специфического участка?
Денис Владимирович Ребриков: Конечно, мы, к сожалению, привязаны к той последовательности ДНК, которую мы изменяем. Мы не можем, так сказать, быть вольны в выборе последовательностей, мы говорим: "вот здесь у нас..." Ну, давайте на каком-то примере, вот пример: у нас есть мутация. "Нехорошая буква" внутри ДНК, она портит ген. Эту мутацию нужно починить, исправить плохую букву на хорошую — ну вот, как пример, где вообще может использоваться редактирование геномов. В том числе, кстати, — и вот мы так подбираемся к медицине — и в медицинском разрезе, если мы говорим про применение в здравоохранении таких технологий, то где мы можем применять? Как раз там, где мы в ДНК имеем нарушенный ген за счёт мутации. Соответственно, мы привязаны к области, где расположена эта мутация, у нас там буковки очень конкретные. Учёные проверяют, нет ли похожего текста ещё где-то в геноме, если мы говорим про человека, — в геноме человека. Вот прямо берём кусочек, где у нас мутация, и смотрим весь геном. Нам повезло, если нигде больше такой кусочек не встречается. Потому что если это какой-то ген, который имеет несколько копий в геноме с небольшими отклонениями, а у нас таких генов много: некоторые гены повторены в геноме десятки раз или составляют класс генов, там какие-нибудь гены актина, миозина, тубулина, гистонов — они очень похожи между собой, эти последовательности. И вот, предположим, мы выбрали место, где мы хотим внести изменения, посмотрели в геноме и нашли ещё 10 раз такой же кусочек, всё, мы не можем здесь разрезать, потому что ножницы будут узнавать все 10 мест. И если нам повезло, и этот кусочек уникален, тогда мы на этот кусочек создаём специальную молекулу-"узнавалку", она называется гидовая РНК, вот эта "узнавалка" вместе с ножницами находит это место и вносит разрез. Гарантии того, что она больше нигде не разрежет, не существует, то есть биоинформатически в компьютере мы не можем предсказать, будет ли так называемая off-target активность, нецелевая активность ножниц. Проверяется экспериментально, мы ставим опыт, затем анализируем полученный геном и говорим "У нас действительно нигде больше не разрезает” или “Разрезает".
Интервьюер: Хорошо, давайте поговорим о том, как это применимо в медицине. Например, мы сидим в лаборатории, мы биоинформатики и смотрим то, что нам нужно выключить из строя конкретный ген. Если мы запатентуем препарат, и он попадёт на рынок, можно ли будет точно сказать, что абсолютно у всех людей он будет проявлять точно такую же активность?
Денис Владимирович Ребриков: Нет. Чуть-чуть в сторону отойду, я начал с того, что Дудне и Шарпантье дали Нобелевскую премию за применение этой технологии в научных исследованиях, и, повторю, сегодня технология пока не дошла до реальных медицинских задач. Мы можем только обсуждать, куда движется сегодня научная мысль в области медицины. Давайте сразу как-то эти задачи опишем. Вообще все изменения ДНК можно разделить на 2 больших блока, если, повторю, мы говорим про медицину, — это работа с клетками уже существующего организма, живущего. Ну, например, родился ребёнок с мутацией, мы понимаем, что эта мутация очень плохая и она портит жизнь ребёнку, наследственные заболевания. Хочется эту мутацию исправить. Вообще-то подходов с восстановлением функции поломанного гена несколько, и их используют уже порядка 20 лет: это так называемая генная терапия, мы можем доставить в клетки этого ребёнка работающий ген, мутантный там так и будет лежать, но он нам никак не мешает, мы привнесли в клетку работающий, работающий начал делать белок, и у ребёнка восстановилась функция, которая была нарушена — это генная терапия классическая, которая используется уже 20 лет. Что даёт нам генное редактирование? Мы можем не добавлять туда здоровый ген, а починить тот, который есть в клетке. Ну опять же можно задаться вопросом: Ну, а в чём собственно преимущество? В чём разница, если та технология работала? Она работала и работает, и будет работать. У неё есть ограничения. Ограничения связанные, например, с тем, что мы не все гены можем доставить в клетку, к сожалению, из-за их размера. Есть очень большие гены, которые тяжело привнести внутрь клетки в тех системах доставки, которые мы используем. Мы используем обычно вирусные оболочки, они имеют ёмкость, ну я не знаю, как канистра, да. Ну мы в канистру можем налить 10 литров, а 100 литров не можем, потому, что она вот такой имеет объём. Мы можем упаковать в вирусную оболочку несколько тысяч пар нуклеотидов нужного гена, а гены бывают очень большие, в десятки раз длиннее чем то, что мы можем убрать в вирус, и здесь есть ограничение технологии генной терапии. Здесь возможно попробовать использовать редакторы, чтобы редактор оригинальный, вот родной ген починил, он заработал, и функция восстановилась. Это направление соматической генной терапии или соматического геноредактирования, вот давайте так скажем. Второй блок, он очень шумный в плане общественного резонанса, в плане обсуждения в СМИ, но он в сравнении с первым крошечный, это изменение ДНК будущих людей, ещё не родившегося человека.
То, что сделал Хэ Цзянькуй, китайский исследователь, и 2 года назад родились две девочки с изменённой ДНК, он модифицировал ген, отвечающий за присоединение вируса иммунодефицита человека к клеткам, тем самым сделав клетки неудобными для посадки вируса и защитив этих детей от ВИЧ-инфекции. Детям 2 года, они нормально живут, они здоровы, и это по сути некая демонстрация возможностей современных геноредактирующих подходов как раз на основе CRISPR. Он это сделал при помощи CRISPR/Cas. Почему это гораздо меньшая область? Дело в том, что на сегодня понятных нам случаев применения, оправданности, разумности применения генного редактирования на уровне первой клетки — зиготы. Мы это делаем на уровне первой клетки, из которой потом разовьётся целый человек, чтобы у него все клетки были одинаково модифицированы с одинаковой ДНК. Таких случаев крайне мало, вот Хэ Цзянькуй использовал такую модель, он обосновывал тем, что дети родятся ВИЧ-устойчивыми, потому что у них один из родителей, папа, был ВИЧ-положительным. Конечно обоснование очень слабое. Дело в том, что для ВИЧ-положительных родителей, папы и мамы, мы на сегодня имеем технологии рождения детей практически со 100% гарантией не передачи вируса, даже от мамы ВИЧ-положительной, ребёнку. Ну, а дальше соответственно в рамках семьи уже, роста этого ребёнка конечно существует какая-то вероятность, какой-то риск передачи вируса от родителей, но опять же если родители принимают антиретровирусные препараты, у них нет вируса в крови, то есть они не заразны как источник вируса. Поэтому здесь его модель, она конечно притянута за уши. Мы думали, где это может быть всё-таки актуально, обнаружили такую очень редкую ситуацию, когда ВИЧ-положительная женщина репродуктивного возраста, молодая женщина у неё, например, плохой ответ на лечение ВИЧ, и ВИЧ всё время присутствует, вирус всё время присутствует в крови, тогда риск передачи вертикальный, плоду, возрастает существенно, и может быть только вот в таких редких единицах, это одна женщина на 50 000 ВИЧ-инфицированных, из-за каких-то особенностей, опять же, может быть её ДНК не реагирует на терапию, вот у неё всё время персистирует вирус в крови. Очень редкая ситуация. И второй большой блок, он как бы более обширный, но опять же это всё несопоставимо мало в сравнении с соматическим редактированием, это такие семьи, где у родителей совпадают мутации какого-то гена, приводящего к заболеванию. То есть сами родители не просто носители мутаций, мы все носители кучи мутаций, вот у нас у всех по 5-10 мутаций важных генов, но они только в одной из двух копий, а вторая копия работает, поэтому мы здоровы, то есть у нас нет тяжёлых моногенных наследственных заболеваний, потом что одна поломана копия, а вторая здорова. И вот люди, которые знают, что бывает носительство, но и знают теперь, что есть редактирование, говорят: "Ну вот, давайте же починим!". Не нужно ничего чинить, мы отбираем здоровый эмбрион в рамках процедуры ЭКО, мы делаем классическое стандартное экстракорпоральное оплодотворение, со скринингом эмбрионов до переноса маме, и отбираем здоровые, потому что эта пара родителей, гетерозиготные носители, они не могу сгенерировать здоровый эмбрион, просто потому что по теории вероятности какая-то гамета получит поломанный ген, а какая-то получит здоровый ген. Значит нужно всего лишь отобрать сочетание двух здоровых гамет, это нормально. Здесь редактирование абсолютно не требуется, а вот где требуется – это когда оба родителя болеют моногенным заболеванием, потому что оба варианта гена, оба аллеля так называемых, поломаны. Какие примеры мы можем обнаружить таких семейств? Самый частый случай — это конечно наследственная тугоухость, которая в 80% случаев вызвана поломкой гена, одного и того же гена, это ген GJB2, и в популяции очень распространена одна и та же мутация этого гена. Поэтому если люди с проблемами слуха, глухие, образуют вместе семью, а они к сожалению, тянутся друг к другу, потому что у них есть определённая аттракция, они общаются в одном своём социуме, они разговаривают на своём языке. Где-то знакомятся на общих тусовках. Они аномально чаще образуют семью друг с другом, чем случайная пара людей. Вот если мы посмотрим частоту семей, где люди с одним цветом глаз, и частоту семей, где люди не слышат, то частота семей глухих она будет колоссально, аномально выше, просто математику если наложить на это, потому что они тянутся друг к другу. И, к сожалению, они увеличивают риск образования такой семьи, у которой все дети будут с точно такой же мутацией, просто потому что отобрать невозможно, все эмбрионы будут с одной и той же вот этой мутацией родительской, и они все родятся с проблемами слуха. Слава богу, в наше время это не сильно инвалидизирующая проблема, более того существует лечение. Мы имплантируем детям кохлеарный имплант, это такое устройство, которое вставляется в череп, и оно компенсирует, частично восстанавливает слух, не весь диапазон, он не сможет, наверное, слушать Моцарта. Но даже то, что ребёнок начинает хоть как-то слышать – уже существенно его вытягивает в развитии, потому что в ребёнке заложен весь потенциал обычного, здорового ребёнка, но этот потенциал частично не реализуется, когда у него нет одного из органов чувств, в частности слуха. Раньше такие люди не научались говорить. Почему глухонемой? Не потому, что у него проблемы с речевым аппаратом, он говорить бы мог, его просто не научили. Поэтому маленьким детям с такими проблемами встраивают имплант, который позволяет немножко слышать, и тогда они за счёт того слуха, который появляется, начинают говорить, это очень важный элемент. Но возвращаясь к паре, мы могли бы предлагать таким семейным парам, а их по нашим оценкам, например, на Российскую Федерацию несколько сотен, таких семейных пар, у которых все дети будут с глухотой, мы могли бы предлагать им починить. Здесь, конечно, требуется масса исследований. Нужно, во-первых, доказать, что препарат работает точно и безопасно, нужно подвести соответствующую разрешительную базу под эти методы лечения. Нужны, безусловно, согласие самих родителей, это вообще первоочередной элемент, конечно только с их согласия может быть произведена такая... как и установка, кстати, кохлеарного импланта, и многие глухие пары не идут на установку детям импланта по своим каким-то соображениям. Как мне объясняли, что они считают, что ребёнок если будет слышать, то он как бы будет менее внутри семьи. Он как бы будет отдаляться от родителей быстрее. И вот действительно есть специальное направление в реабилитации, когда родителям разъясняют, что это важно, чтобы ребёнок развивался нормально, их убеждают принять решение, у нас по ОМС устанавливают кохлеарный имплант, это бесплатно для семейной пары по показаниям. Их убеждают сделать это бесплатно ребёнку, а представьте себе, когда приходят генетики и говорят: "А давайте мы вам починим, и он уже родится слышащим". Те же вопросы, те же, они говорят: "Зачем? Мы не хотим, нам и так хорошо, мы нормальные люди, мы живём в своём мире, в мире глухих, и давайте ребёнок будет с нами такой же". Ну тут есть ряд вопросов. Какие ещё есть примеры? Есть примеры более редкие, все остальные гораздо более редкие или гораздо более мягкие, скажем так. Глухота как бы на стыке, она не очень редкая, и она не очень мягкая. Хотя и не смертельное заболевание. Второй пример хотел привести, это семья двух людей с карликовостью. Тоже если совпадёт мутация, то у них все дети будут такими же, и есть такие примеры, можно посмотреть в сети, там есть вот пары людей с карликовостью, у них уже детишки рождаются все они, к сожалению, будут такими же, потому что тот же самый ген поломан у пары. Мы тоже могли бы в принципе предложить починить этот ген, отвечающий, как правило, за развитие костей, и ребёнок будет как в песне "вырос сын баскетболистом". Мне коллеги высказывают такое требование, они говорят: "Ну, а зачем вот вообще для таких вот лёгких состояний, ну хорошо глухота или там карликовость, ну люди живут. Живут и есть примеры кинозвёзд с такими проблемами, и что? Ему может быть повезло, что он вообще стал голливудской звездой благодаря такому фенотипу, поэтому что тут чинить? Это нормально и пусть. Давай-ка ты найди такие случаи, когда ребёнок погибнет, вот он в 2 года неизбежно умрёт от наследственного заболевания, вот его и чини". И создают ситуацию парадоксальную. Такой ребёнок, который погибает в 2 года, он не доживает до половозрелости, соответственно он не может образовать семью, соответственно семья с таким нарушением, когда и у потенциального папы, и у потенциальной мамы, одна и та же мутация в гене, которая приведёт к гибели ребёнка в 2 года, быть не может, это нонсенс, это просто невозможная ситуация. Либо человек доживает, и тогда мы не говорим о супертяжёлых состояниях, мы говорим о каких-то там нормальных, доживает, образует семью, и есть риск рождения такого же ребёнка, либо не доживает, и тогда не о чем говорить, вот тут ситуация такая парадоксальная. Я не могу работать, к сожалению или к счастью, со случаями наследственной передачи мутаций, приводящих к гибели ребёнка в два года.
Интервьюер: Как Вы думаете, когда-то эта технология будет поставлена на поток? Родители новоиспечённые приходят и говорят: “С моим ребёнком что-то не так”, или ещё во время пренатальной диагностики родителям сообщают, что есть вероятность рождения ребёнка с определённым генотипом?
Денис Владимирович Ребриков: Да, Вы упомянули два, опять же, разных кейса. Если уже родился ребёнок, и родители говорят: “С моим ребёнком что-то не так” — это сегодня обычная медицинская ситуация. Можете поехать в крупные генетические центры, и Вы увидите родителей, сидящих на приёме к генетикам, которые хотели бы, чтобы врачи разобрались, что у ребёнка в генах не так. Он чахнет, видно, что у него заболевание, и генетики сегодня умеют находить эти нарушения. И, к сожалению, в очень редком, небольшом проценте случаев они умеют “чинить” эти проблемы, лечить. К сожалению, мы на сегодня знаем больше семи тысяч наследственных заболеваний, а препаратов или каких-то терапий, которые бы реально действовали, мы знаем меньше сотни. То есть семь тысяч заболеваний и сто вариантов лечения — для ста [заболеваний]. А для остальных шести тысяч девятисот мы можем только констатировать и развести руками: к сожалению, поломка в этом гене, мы это видим, мы понимаем, но сделать мы ничего не можем на сегодня. Может быть, технология CRISPR даст нам такой инструмент, который позволит для уже родившихся детей “чинить” — это как раз соматическое геноредактирование будет. А что касается будущих детей, здесь, опять же, я описал ситуации, когда это клинически оправданно, но можно чуть расширить эту историю и сказать: ну хорошо, когда-нибудь технология будет обкатана идеально, мы будем абсолютно уверены, что мы меняем только где надо, не меняем больше нигде, где не надо, она будет разрешена к применению, будет просто на потоке. Предположим, через аж целых пятнадцать лет она выйдет на такую технологию использования. Будет ли вообще это как-то применимо массово? Можно упомянуть такое возможное применение: смотрите, у всех людей существуют слабые места в организме. Это связано с генами, попавшими к ним от родителей. Это не моногенное заболевание, оно полигенное, то есть это некая... Мы называем это “предрасположенность”. Например, предрасположенность к онкологическим заболеваниям, предрасположенность к сердечно-сосудистым заболеваниям, предрасположенность к нейродегенеративным заболеваниям. Мы даже можем для некоторых из этих предрасположенностей сегодня посчитать вероятность, риски. Можем сказать: вот у этого человека высокий риск раннего Альцгеймера, потому что такие гены попали. У этого человека высокий риск раннего инсульта, потому что такие гены попали. Но это не один ген, это некое сочетание генов. И вот у всех у нас есть эти предрасположенности, у всех, просто надо посмотреть в гены, разобраться и сказать: вот твоё слабое место вот здесь. А можем ли мы заранее, ещё на стадии первой клетки, на стадии эмбриона, исправить эти предрасположенности? Наверное, инструмент в виде CRISPR/Cas может быть использован для починки тех генов, которые определяют вот эти нехорошие, слабые места в организме, нехорошие предрасположенности к полигенным заболеваниям и состояниям. Потому что, к сожалению, у конкретной пары родителей, опять же, все эмбрионы будут с такой предрасположенностью. Вот это важный момент: если я могу отобрать здоровый эмбрион, не надо ничего редактировать, я это делаю скринингом эмбрионов и выбираю самый здоровый. Но если мы возьмём пару родителей, и для всех эмбрионов предрасположенность будет одинаково плохая, то тут ничего, кроме “починки”, нельзя сделать.
Интервьюер: Было бы здорово, если бы при рождении делали секвенирование генома и заранее говорили, что, возможно, у этого ребёнка будут такие-то проблемы.
Денис Владимирович Ребриков: Да, это сейчас можно сделать, почему нет. Отсеквенировать весь экзом так называемый, то есть все гены, на сегодня стоит примерно 30 тыс рублей. Это пока не делают по ОМС, но это возможно. В некоторых странах, кстати, это убрано в страховку, у нас нет, но тридцать тысяч. Проблема в том, что даже получив этот объём информации, мы на сегодня не очень качественно его интерпретируем. Какие-то вещи очевидны, но, опять же, большая часть интересного остаётся пока за рамками нашего понимания. Это не значит, что не надо определять этот экзом, потому что он единожды будучи определён, он навсегда, на всю жизнь этому ребёнку, флешка с этими данными может быть переинтерпретирована с какой-то периодичностью, раз в пять лет, и каждый раз вам будут выдавать дополнительный блок информации. О, мы поняли за прошедшие пять лет, что вот эти тексты означают то-то и то-то для его развития, для вот этих слабых мест. Мы хотим сейчас запустить эту программу, например, в центре Кулакова, за счёт научно-исследовательского проекта для родителей детей, которые будут рождаться в центре Кулакова, мы хотели бы дарить эту услугу. Может быть, это будет первый такой кейс в стране, когда, опять же, по желанию родителей, мы будем им дарить полный экзом ребёнка с некой интерпретацией, но главное, что эта информация на флешке — вечная, она будет с ним пожизненно, может быть, она будет привязана к медкарте. Вообще правильно это привязывать к медицинской карте, поскольку целый спектр значимых для принятия врачом вещей можно достать из этого массива данных: прописывать таблетки, дозировку таблеток, назначать конкретные препараты, так называемая фармакогеномика — это целый разрез в генетике, где мы на основании конкретного сочетания генов говорим, какую таблетку можно и в какой дозе.
Интервьюер: Давайте вернёмся к CRISPR/Cas, я хотела об этом спросить ещё в начале, но мы ушли в медицину. Это не плохо, это очень хорошо, это очень актуально, но всё же... Дудне и Шарпантье подсмотрели эту технологию у бактерий и архей. Как это работает в микроорганизмах?
Денис Владимирович Ребриков: Это естественная система бактериальная, защищающая бактерии от паразитирующих на них вирусов. К сожалению,вирусами болеем не только мы. Вот у нас сейчас пандемия коронавируса, мы сейчас все в масках, не очень хотим болеть. Бактерии тоже подвержены таким атакам. Вирусы, которые заражают бактерии, называются отдельным словом в науке — они называются “фаги”, “бактериофаги”. Так вот, эти бактериофаги ещё сильнее портят жизнь бактериям, чем нам, потому что там идёт борьба не на жизнь, а на смерть, потому что бактерия, получившая этого фага, — она либо выживет, либо нет, очень быстро. И там уже на уровне популяции идёт некая попытка защититься, популяционный иммунитет у бактерий, как, в общем, и у нас. У нас тоже люди переболевшие защищают популяцию от передачи вирусной инфекции. Так вот, бактерии придумали защищаться от бактериофагов при помощи запоминания кусочка последовательности самого вируса внутри своей ДНК. Они как бы создают такой архив, такую медкарту: кем болела эта бактерия раньше. Правда, можно, прочтя геном этой бактерии, увидеть, какими вирусами эта бактерия болела. У них потому что эти кусочки складываются в определённый сегмент генома, и если повторно такой бактериофаг заражает бактерию, которая уже помнит, что когда-то в прошлом её предки болели этим фагом, то она включает вот эту систему CRISPR/Cas-защиты, и нуклеаза разрезает ДНК бактериофага и не трогает свою ДНК. В некоторых статьях это называют “бактериальный иммунитет”. Очень приблизительное сравнение, но тем не менее, — защита. Можно упомянуть, что и системы классической генной инженерии — это рестриктазы — они тоже ферменты защиты бактерий. То есть обычные нуклеазы, которыми мы уже последние 40 лет пользуемся для разрезания ДНК и переноса кусочков ДНК между геномами, они тоже изначально были получены из бактерий, а те, в свою очередь, используют рестриктазы для защиты от проникающих в них чужеродных молекул ДНК, то есть в первую очередь, бактериофагов. То есть тут тоже есть некое историческое сходство. Ну вот да, это естественная система защиты бактерий, и мы просто переняли у них, подсмотрели у них, украли, в хорошем смысле, этот механизм. Теперь не бактерия, а мы придумываем вот эту “узнавалку”, которую мы даём ферменту, и фермент теперь разрезает не бактериофаг, а там, где нам нужно.
Интервьюер: А если бактерия впервые встретила бактериофага, то что она делает?
Денис Владимирович Ребриков: Она вырезает у него кусочек и пытается встроить в свой архив, в свою медкарту записать. Если она после этого выживет, то она даст потомков, помнящих об этом заболевании. Если не выживет, то всё, она пыталась, но не смогла. Тут или-или.
Интервьюер: Я читала про то, что есть разные системы CRISPR/Cas, и вот которая чаще всего упоминается — это CRISPR/Cas9. Cas9 — это как раз и есть эта эндонуклеаза, которая разрезает кусочек ДНК. Но также я читала, что есть системы, в которых белок не один, а их несколько, но они встречаются только у бактерий и не применяются для редактирования генома в лаборатории. Или применяются?
Денис Владимирович Ребриков: Сразу много вопросов. Во-первых, действительно, у бактерий не только на Cas9 основана вот эта система иммунитета. Конечно, существуют ферменты, которые помогают изначально встроить этот кусочек в геном, существуют системы, которые помогают не разрезать свой собственный геном этой же Cas9. То есть там комплекс ферментов, которые в сумме позволяют этой системе работать эффективно. Мы используем только часть: вот нам нужна эта Cas9 и гидовая РНК, и больше нам ничего не нужно. Второй блок вашего вопроса — это используем ли мы только этот Cas9, или есть ещё какие-то варианты? Конечно, уже на сегодня существуют десятки совершенно разных нуклеаз и совершенно разных бактерий, они имеют разные номера, не девятый, а, там, двенадцатый, — целый спектр. Плюс учёные стали улучшать уже природой созданный фермент: то есть берут какой-то, допустим тот же девятый, и его начинают в лабораторных условиях модифицировать, белок, нуклеазу, в попытке улучшить его каким-то способом. Например, улучшить его точность, улучшить его аффинность к ДНК, улучшить его стабильность, то есть какие-то дополнительные модификации, и то же самое касается и гидовых РНК. В год выходят если не сотни, то уж многие десятки статей, где описаны технологии разных модификаций гидовой РНК: то мы её на два кусочка разрезаем, то какую-нибудь там петельку добавляем, вот эти все модификации нацелены как раз на то, чтобы повысить эффективность разрезания в нужном нам месте, и можно говорить, что на сегодня, за последние года три просто есть прорыв в этом движении. Те редакторы, которыми мы пользовались три года назад, и те, которыми мы пользуемся сейчас — ну, это как айфон пятый и двенадцатый.
Интервьюер: Ну, наверное, на этом всё. У меня больше нет вопросов, Вы на все очень подробно ответили, большое Вам спасибо. Я напоминаю, что с вами был канал SciTeam, сегодня мы говорили с Денисом Владимировичем Ребриковым, спасибо!
Денис Владимирович Ребриков: Спасибо!