В гостях у Софико Шеварднадзе Эмманюэль Шарпантье—французский учёный-микробиолог, нобелевский лауреат 2020 года за открытие инструмента генной технологии: «генетические ножницы» CRISPR/Cas9. Она рассказала, в чём заключается методика моделирования ДНК, ее перспективах, проблемах и этических аспектах. Технология CRISPR/Cas9 (редактирование геномов высших организмов) основанная на иммунной системе бактерий, в которой Cas-белки разрезают вирусную ДНК и уничтожают ее. Простыми словами, обнаруженный плохой ген вырезается и заменяется хорошим геном. Но сейчас этот метод позволяет модифицировать ДНК в любых комбинациях. Замене подлежат и плохие гены, и хорошие. Можно удалить ген или фрагмент ДНК, ввести мутацию или исправить ее. Система CRISPR/Cas9 это программируемая технология, позволяющая модифицировать ДНК в определенном месте. На сегодняшний день она является очень точной и производит разрезы в нужных местах. Ошибки случаются, но есть способы проверить их после того, как модификация была выполнена. Человеческий геном находится в постоянной эволюции и мутации. Некоторые из мутаций могут привести к заболеваниям, сначала ген может определяться хорошим, а затем стать плохим. Тогда на помощь приходит технология, способная это исправить. Можно удалить не один ген, а целый фенотип (совокупность внешних и внутренних признаков организма, приобретенных в результате индивидуального развития). Молекулярные биологи ежедневно пытаются понять функции генов, постоянно совершенствуя методы изучения. Технология CRISPR/Cas9 не вводит чужеродные ДНК, поэтому не нарушает целостность системы. И это дает надежду на то, что в будущем люди смогут выбирать наследуемые гены. Очень важно знать, для каких целей применять метод CRISPR. Ученые понимают каковы риски воздействия на ген, поэтому все изменения происходят максимально точно, так как нужна уверенность, что модификация изменит лишь одну функцию и никак не повлияет на другие. Когда технология используется для терапевтических целей, точно известны мутации, приводящие к заболеванию. История редактирования генома начинается приблизительно в 70-х годах. Существовали системы «цинковые пальцы» и «TALEN» направленного редактирования геномов растений. Но система CRISPR/Cas9 стала настоящим прорывом из-за своей простоты и универсальности. Дальнейшие исследования в области микробиологии позволят выявить новые механизмы и белки, обладающие ферментативными свойствами и имеющие возможность разрезать ДНК и РНК. И это будет система, которую начнет использовать генетика будущего. Возможно, существуют даже более простые и доступные системы, ноученым только предстоит их открыть. Уже сегодня CRISPR имеет широкий спектр применений. В медицине перед разработкой новых терапевтических средств нужно знать, какие виды терапии актуальны. Именно здесь очень важны исследования, проводимые в академических лабораториях и исследования в сфере промышленности и биотехнологий. Для этого очень полезен CRISPR/Cas9, так как используется для разработки моделей заболеваний в лабораториях. Это позволяет проверять эффективность терапевтических средств, которые находятся в разработке. Когда создается лекарство, всегда проводится лабораторный тест, тестирование на животных и только потом клинические испытания. Технология CRISPR помогает в создании тех моделей, которые тестируют терапевтические средства в разработке. Например, в области изучения рака проведено много исследований, которые должны позволить понять эпидемиологию наследования болезни. С ихпомощью появляется возможность предсказать новые патогенные мутации. Биологи воспроизводят эти мутации в своих моделях и лучше понимают, действительно ли они стали причиной рака. В клинической ситуации технология может применяться в генной терапии. То есть при лечении наследственных заболеваний путем введения генов в соматические клетки пациентов, с целью направленного изменения генных дефектов. Совокупность с клеточной терапией применяется на пациентах с генетическими заболеваниями крови, исключая ее переливание. Данная процедура была бы неизбежна при другом лечении и всегда связана со сложностями.
CRISPR/Cas9 позволяет устранять проблему, связанную и с мировым изменением климата. Появилась необходимость в проектировании растений, способных в будущем выдержать все климатические модификации. Многие биологи проводят эксперименты, в ходе которых создают стрессовые ситуации для растений и отбирают те, что сумели выжить. Потом изучают их геном и какое именно изменение позволило пережить стрессовые условия. И если найдена мутация, то это значит, что с помощью CRISPR можно сконструировать новое сильное растение. Кроме того, проводились исследования, в рамках которых ученые пытались использовать CRISPR/Cas9 в качестве защитного механизма против ВИЧ. Идея состояла в том, чтобы внедрить его в человеческие клети и оценить, сможет ли он противостоять заражению. Но особого развития эти исследования не получили, так как применение таких технологий затруднительно. Но даже если CRISPR/Cas9 не будет использоваться самостоятельно, напрямую или в совокупности с другими инструментами в качестве вакцины, все равно система является истоком практически каждой новой разработки. Для ученых биологов это базовый генетический арсенал. Если технология и не станет частью финального продукта, она все равно будет использоваться в процессе.
На данный момент редактирование геномов человеческих эмбрионов запрещено в большинстве стран, так как считается, что наука не достигла нужного уровня развития. И нет однозначного ответа, когда эта грань будет пройдена. По мнению Эмманюэль Шарпантье, на сегодняшний день не существует способа модифицирования зародышевой линии человека, исключая побочные эффекты. Нужно иметь точное определение, для чего эта технология будет использована. Например, она никак не должна применяться для расширения физических возможностей человека. Существуют и другие технологии, позволяющие отсеивать мутации, связанные с генетическими заболеваниями. В некоторых странах будущие родители имеют возможность совершить оплодотворение в пробирке и получить зародыши из генома которых удалены определенные мутации. Если идти по этому пути дальше, то все очень неоднозначно, даже когда рассматриваются случаи предотвращения заболевания. Если у родителей есть генетические особенности, не позволяющие иметь детей, то генное редактирование могло бы это исправить. Но даже при таком раскладе возникают этические проблемы, ведь применение технологии начинается с подобного, то, чем оно заканчивается? Нужно четко понимать цели технологий, отсеивающих неблагоприятные гены и кто именно будет иметь к ним доступ. Этот вопрос должен быть решен в рамках согласованной дискуссии, где будут задействованы ученые, врачи, специалисты по вопросам этики, философы, социологи и простые граждане. Общество всегда будет выступать за и против таких разработок.
Как вы думаете, возможно ли использовать CRISPR в качестве вакцины? Стоит ли вмешиваться в экосистему изменением генома, например, комаров, переносящих малярию? Это спасет множество людей в странах третьего мира, но не приведет ли это к дисбалансу? И главное, насколько этично редактирование человеческого генома? Панацея ли это или билет в один конец? Ждем любые мнения в комментариях.