Почему не стоит бояться редактирования генома и культивирования эмбриона? В программе «Гамбургский счет» рассказывает заведующий кафедрой Биологического факультета МГУ, директор Института биологии развития имени Н.К.Кольцова РАН Андрей Васильев.
Человечество уже давно вышло из природного эволюционного процесса
Если раньше возникали ситуации, когда после инфекционных заболеваний на всю Европу оставалось 50 000 человек, то теперь, благодаря вакцинации и антибиотикам, мы перестали зависеть от естественного отбора. Сегодня цивилизация и общество занимаются тем, что обеспечивают выживаемость и помощь слабым, тем, кто в ней нуждаются. Поэтому современная экспериментальная биология развития — это наука, которая ломает биологические догмы.
Международное общество исследований стволовых клеток разрешает культивировать зародыш человека до 14 суток, потому что дальше начинается формирование предшественников нервной системы. Из этих клеток потом разовьются все клетки взрослого организма. Японский ученый, нобелевский лауреат 2012 года Синъя Яманака разработал метод, когда, взяв клетки взрослого человека и модифицируя активность только 4 генов, он возвращает эти клетки к той самой клеточной массе, бластоцистам. То есть фактически появилась возможность из клеток взрослого организма получить клетки зародыша этого же организма. А ведь всегда считалось (это одна из биологических догм), что развитие последовательно, постепенно и невозвратно.
Более того, из клеток, к которым мы таким образом вернулись, можно развить любые клетки организма: нейрон, кардиомиоцит, клетки печени и так далее. Поэтому мы начинаем уже всерьез говорить о регенеративной персонализированной медицине.
Каким образом можно «перепрограммировать» клетку, изменить вектор ее развития?
Еще одна догма заключалась в том, что половые клетки и соматические клетки, то есть клетки тканей, органов — это две непересекающиеся линии. Половые клетки бессмертны, они продолжают движение вперед от индивидуума к индивидууму, тогда как соматические клетки выполняют специализированные функции.
И вот оказалось, что эти клетки можно дифференцировать в половом направлении. Мы можем взять клетки взрослого человека, вернуть до состояния самого раннего развития и индуцировать их половую дифференцировку. То есть открывается возможность из соматических клеток, из клеток кожи, из клеток сетчатки глаза, из любых клеток получать половые клетки, и таким образом получать новые организмы.
Что дает метод редактирования генома, так называемые «генетические ножницы», за которые присудили Нобелевскую премию в этом году?
Премию присудили за развитие метода редактирования генома CRISPR/Cas9 Дженнифер Дудне и Эммануэле Шарпантье. Это технология, которая позволяет быстро, дешево и точно отредактировать определенные кусочки генома. С ее помощью можно создавать модельные объекты, например, клетки, у которых выключен один из генов, что чрезвычайно важно для разработки методов лечения заболеваний и для их изучения. Потому что многие заболевания, которыми страдает человек, очень трудно смоделировать на животном.
Таким образом, появилась реальная возможность заниматься решением проблем, передающихся по наследству, и, конечно же, это важный шаг в лечении вирусных заболеваний. В частности, один из подходов к лечению ВИЧ – внесение точечных изменений, с тем, чтобы выключить ген, отвечающий за экспрессию одного из рецепторов, на которые садится ВИЧ.
Какие перспективы открывает перед человечеством экспериментальная эмбриология?
Наше будущее интересно и замечательно. Клетки, полученные Синъей Яманака, это клетки с неограниченными возможностями, и из них стали делать трехмерные 3D-структуры. Их стали дифференцировать, например, в нейральном направлении, и складывать в некую структуру — маленькие аналоги почки или мозга. За рубежом уже случился некий эмоциональный и общественно-социальный взрыв, потому что 3D-структура «Мини-мозг», сложенная из нейральных клеток, начала осуществлять некие функции, и в ней возникла электрическая активность.
Развивается синтетическая эмбриология, когда из упомянутых выше клеток с неограниченными возможностями можно смоделировать сам зародыш.
Следующая стадия — гаструляция, возможность моделировать различные стадии раннего развития. Дело в том, что после имплантации зародыша в организм матери его развитие скрыто от нас. Но теперь мы сможем моделировать и сам процесс имплантации, и всю межклеточную архитектуру.