Метод редактирования генома CRISPR стал самой большой надеждой человечества в области победы над болезнями. За его разработку даже вручили Нобелевскую премию 2020 года. Но когда можно будет лечить с его помощью тяжелые заболевания? Об этом говорит публикация в израильском издании о здоровом образе жизни "Мента".
В декабре 2020 года в роскошном зале Стокгольма вручили Нобелевскую премию Эмманюэлю Шарпантье и Дженнифер Даудне за их исследования 2012 года о системе CRISPR, известной также как редактор генов. Эта работа имеет огромный потенциал в лечении и профилактике болезней.
Все началось намного раньше, в 1987 году. Группа японских ученых, исследовавших микроб E.Coli (кишечную палочку), обнаружила небольшие и лишенные смысла последовательности нуклеотидов в ее ДНК. Они сообщили об этом всему миру, но это ни к чему не привело. Через 6 лет группа испанских ученых сообщила о схожих наблюдениях, а в 2000 году стало понятно, что эта особенность присуща не только E.Coli. И лишь через 5 лет ученым мира стало понятно, что такое CRISPR и какую роль они могут играть.
Ответ на вопрос дала система защиты микробов от вирусов. Как и люди, микробы могут ими заражаться, но у них нет иммунной системы, опирающейся на тысячи генов и процессов в организме. У них есть система CRISPR, которая может порвать на фрагменты ДНК вируса. Эти частицы встраиваются в собственный геном микроба как элементы распознания, и когда в его клетку внедряется такой же вирус, система CRISPR распознает его и разрезает на фрагменты при помощи фермента CAS9. А в чем заслуга Шарпантье и Даудны? Они нашли способ применения системы CRISPR для редактирования генов и разработали метод получения такой искусственной системы для полезного применения.
В связи с 10-летием этого открытия давайте посмотрим, что удалось сделать при помощи этой системы к настоящему моменту и что возможно в будущем.
►Болезни сетчатки глаз
Дегенеративные изменения сетчатки – это наследственные болезни, поражающие детей и приводящие к полной или частичной слепоте. Одна из таких болезней – это врожденный амавроз Лебера (LCA), который в большинстве случаев вызывает слепоту в раннем детстве. По оценкам, его вызывают мутации 19 разных генов.
В 2020 году компания Editas провела клинические испытания, в ходе которых 5 больным LCA ввели препарат EDIT-101, основанный на системе CRISPR. До этого препарата делались попытки коррекции только одного небольшого гена, что не помогало больным. Внесение коррективов в более крупный белок при помощи EDIT-101 приводило к существенному улучшению зрения. CRISPR осуществлял коррекцию мутации в гене СЕР290.
Ученые ввели лекарство в одно из глазных яблок испытуемых, и промежуточные результаты показали, что у 2 из них существенно улучшилось зрение, они смогли распознавать свет. Компания надеется, что путем подбора дозы и улучшения системы удастся добиться улучшения и у других больных.
►Серповидноклеточная анемия (анемия хермешит)
Гемоглобин – это белок, который переносит кислород от легких к тканям. При серповидноклеточной анемии его молекула имеет дефект из-за мутантного гена, полученного от обоих родителей. Это ухудшает снабжение тканей кислородом, и больные страдают.
В материале, опубликованном в 2020 году в журнале The New England Journal of Medicine, сообщалось, что ученые извлекали стволовые клетки из организма больных и, используя метод CRISPR, подавляли ген BCL11A, который после рождения запускает торможение выработки гемоглобина. Лечение методом CRISPR мгновенно улучшило состояние больных детей. Проблема лишь в том, что это лечение очень дорогое и сопровождается тяжелыми побочными эффектами. Так что стоит цель улучшить методику лечения и, что важнее всего, удешевить ее для большей доступности – серповидноклеточной анемией страдают чаще всего жители бедных стран.
Согласно прогнозу, в первом квартале 2023 года ожидается сертифицирование 2 первых препаратов на основе CRISPR, предназначенных для лечения гематологических больных. После получение лицензии FDA ожидается, что и другие регуляторы последуют его примеру.
►Семейный амилоидоз
Семейный амилоидоз (амилоидозис мишпахтит) – тяжелое наследственное заболевание. В норме белок TTR синтезируется в печени, распадается и вновь собирается в единое целое. При болезни он не собирается должным образом и откладывается в тканях, вызывая поражение нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем. Даже при применении лекарств эти отложения никуда не деваются. То есть перед разработчиками лечения стоят 2 задачи – остановить синтез патологической формы белка и убрать существующие отложения. Сейчас существует препарат, но лечение требует капельницы раз в 3 недели, применение сопровождается неприятными побочными эффектами и существует опасность ошибочной дозировки.
Компании Intellia и Regeneron совместно разработали препарат NTLA-2001. Основанный на технологии CRISPR, он уменьшает на 90% синтез патологической формы TTR. Для достижения эффекта достаточно вводить его раз в 3–6 месяцев. Это добрая весть для 1 из полумиллиона человек: такова заболеваемость семейным амилоидозом. Исследователи полагают, что новое лекарство будет дешевле существующего, что уменьшит нагрузку на систему здравоохранения.
►Повышенный холестерин
По данным FDA, 47 миллионов американцев (54% взрослого населения США) страдают гиперхолестеринемией. В Израиле наследственно повышенным холестерином (не зависящим от питания) страдает 1 человек из каждых 250. Вредный холестерин LDL образует бляшки в сосудах, что повышает артериальное давление и может стать причиной стенокардии, инфаркта и инсульта. Для профилактики больные ежедневно принимают статины - препараты, уменьшающие синтез холестерина в печени.
Компания Verve разработала средство, которое может избавить миллионы человек от ежедневного приема статинов. Их разработка основана на модернизированном методе CRISPR 2.0. При этом ген не удаляется из хромосомы, а в нем заменяется "неправильный" нуклеотид. У больной, которая первой получила новое лекарство в ходе тестирования, уровень холестерина в крови снизился на 65%. Это революционный прорыв в лечении атеросклероза.
►Онкологические болезни
Опухоли – вторая по частоте причина смертности, и их исследуют во всем мире в течение многих десятилетий. Иногда это приводит к прорывным успехам. Может ли CRISPR помочь в борьбе с раком? Статья, опубликованная в журнале The Nature в ноябре 2022 года, отражает работу ученых из Калифорнийского университета UCLA. Они использовали искусственный интеллект для выявления мутаций в опухолевых клетках, а не в кровяном русле, у всех 16 испытуемых. При помощи искусственного интеллекта они определили, какая именно мутация может активировать Т-лимфоциты, уничтожающие патогены, включая раковые клетки.
При раке эти клетки не выполняют свою функцию, и опухоль растет и метастазирует. Ученые забрали Т-лимфоциты из крови испытуемых и при помощи CRISPR модифицировали их рецепторы таким образом, что они стали распознавать злокачественные клетки. После этого их ввели испытуемым обратно.
У 5 испытуемых лимфоциты сконцентрировались вокруг опухоли, и она перестала расти. Новизна здесь в возможности перепрограммирования Т-лимфоцитов таким образом, что они атакуют опухоль и препятствуют ее росту. Ученые были разочарованы тем, что размер опухоли при этом не уменьшался, но они связывают это с дозировкой и полагают, что дальнейшие исследования позволят повысить эффективность метода.
►Этические проблемы применения метода CRISPR
Новые методы сопряжены с рядом этических проблем. В январе группа ученых из университета МакГилл в Канаде смогла изменить цвет ящериц, воздействуя методами CRISPR на ген tfec. Это не имеет отношения к лечению болезней человека, но представляет собой очередной научный прорыв.
Многие ученые рассматривают CRISPR в сельскохозяйственном аспекте – для выведения культур, дающих большие урожаи и устойчивых к изменениям климата. Но есть и опасения по поводу создания "идеального человечества", устойчивого к болезням и отличающегося низкой смертностью, что быстро приведет к перенаселению планеты. Люди пока что не понимают масштабов возможных изменений.
Несомненно, CRISPR поможет в излечении и других болезней, но по мере развития технологии ожидается также ужесточение регуляции. Уже сегодня в ряде стран начинают приниматься законы, регулирующие применение этой технологии.
►Этическая проблема генной инженерии
В 2018 году китайский ученый Хэ Дзянкуй выложил на YouTube видеозапись о рождении близнецов Лулу и Нана, ставших первыми людьми, чей геном был отредактирован при помощи CRISPR. Они родились путем оплодотворения в пробирке, и д-р Хэ убрал из половых клеток их родителей ген CCR5, программирующий синтез белка, используемого ВИЧ для проникновения в клетки зараженного. Таким образом, близнецы приобрели врожденный иммунитет к СПИДу. Это вызвало переполох в научном сообществе. Многие осуждают Хэ Дзянкуя, другие считают, что он проложил путь к лучшему будущему. Власти КНР арестовали ученого и запретили ему работать в лаборатории. Но человечество задумалось над проблемой – этично ли создавать улучшенные версии детей?
Дети с запрограммированными свойствами по заказу – не единственная этическая дилемма, стоящая перед научным миром. Большое опасение вызывают так называемые биохакеры. Они могут поставить человечество перед угрозой биологической войны и повседневного нарушения этических кодов. Один из них – это биохимик Джо Зайнер, который самостоятельно подготовил набор средств для вмешательств CRISPR и ввел их себе для увеличения мышечной силы. Эксперимент не удался, и он в дальнейшем сожалел о содеянном и о возможности причинения себе ущерба, но потенциал подобных вмешательств существует.
В исследовании, спонсированном Национальными институтами здравоохранения США и опубликованном в авторитетном научном журнале Science. Ученые опросили 4000 человек об их отношении к редактированию генома малышей. 41% не видел моральной проблемы в применении генной инженерии для улучшения здоровья детей или придания им определенных качеств. А 28% готовы позволить отредактировать геном собственных детей с тем, чтобы они приобрели способности, которые позволят им поступить в один из 100 лучших колледжей США.
Перевод: Даниэль Штайсслингер