Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком
Шрифт:
На одной стороне баррикад — те, кто хотел бы запретить подобную процедуру, потому что взаимодействие генов — это сложный процесс, и изъятие определенного так называемого болезнетворного гена может вызвать непредсказуемые побочные эффекты, которые испортят человеческий генофонд. Причина такого беспокойства в том, что, хотя некоторые расстройства, вызываемые единственным геном, хорошо изучены, большинство заболеваний вызваны взаимодействием множества генов с окружающей средой. Более того, многие черты, варьирующие от человека к человеку, такие как интеллект, настолько сложные, что мысль о предсказуемом воздействии на них через геномное редактирование кажется неправдоподобной [48]. На противоположной стороне баррикад находятся прагматики, которые считают, что все это — теоретические риски,
В последнее время отношение к зародышевой генной терапии поменялось, отчасти благодаря тому, что методы генетических изменений стали более точными, а отчасти (как в случае ЭКО) потому, что недоверие к этой технологии сменилось признанием ее потенциальной пользы. Недавно Наффилдский совет по биоэтике пришел к выводу, что редактирование ДНК человеческого эмбриона с целью воздействия на черты будущего человека («наследуемое геномное редактирование») может быть морально допустимо [49].
В Великобритании Управление по оплодотворению и эмбриологии человека уже одобрило один из таких методов, который позволяет передавать через женщин генетические изменения следующим поколениям. Замена митохондрий была одобрена для того, чтобы избавить некоторые семьи от груза генетических заболеваний. Мы поговорим об этом методе подробнее, поскольку он отражает невероятный уровень тщательности (а так и должно быть), с которой репродуктология подходит к исследованиям.
Замена митохондрий
Митохондриальные болезни обусловлены группой генетических расстройств, которые в худшем случае вызывают слепоту, сердечную недостаточность и смерть. Для облегчения жизни пациентов созданы разнообразные методы терапии, однако для семей, страдающих самыми тяжелыми формами заболевания, важна именно профилактика.
Эмбриолог Мери Герберт и невролог Дуг Тернбулл из Ньюкасла, Англия, занимались продвижением нового метода генной терапии, дающего надежду на исцеление от этих метаболических расстройств. В Ньюкаслском предложении речь шла о детях с расстройствами, которые вызваны ошибками в генах, влияющих на работу митохондрий в качестве клеточных аккумуляторов.
Чтобы предотвратить заболевание, Герберт и Тернбулл хотели заменить дефектные митохондрии на здоровые, убрав из оплодотворенной яйцеклетки пронуклеус (содержащий ДНК матери и отца) и пересадив его в донорскую яйцеклетку женщины с нормально функционирующими митохондриями.
Из донорской яйцеклетки удаляется ДНК, но оставляются донорские митохондрии. Когда пронуклеус помещается в такую энуклеированную яйцеклетку, получается эмбрион с ядерной ДНК из родительских половых клеток, но с митохондриями (и митохондриальной ДНК) донорской яйцеклетки. Таким способом можно остановить наследование митохондриальных болезней, поскольку митохондрии передаются следующему поколению в основном через мать [50].
Закон Великобритании об оплодотворении и эмбриологии человека 1990 года запрещал проводить генетические модификации человеческих эмбрионов. Поэтому Тернбулл и Герберт вместе с политиками и пациентами добивались смягчения этого закона в отношении донорства митохондрий. Во время пересмотра закона в 2008 году было сделано исключение, разрешающее вносить изменение в митохондрии, но только в случае тяжелого заболевания и при условии безопасности процедуры. В 2015 году парламент проголосовал за то, чтобы в принципе разрешить этот вид терапии, а в 2017 году Управление по оплодотворению и эмбриологии человека одобрило донорство митохондрий для лечения пациентов.
За те годы, пока рассматривался вопрос о разрешении данной терапии, был разработан альтернативный метод, протестированный только на мышах, суть которого в том, чтобы изменить митохондриальную ДНК с помощью инструментов геномного редактирования [51]. Здесь имеются в виду ферменты митохондриально-адресованная цинк-пальцевая нуклеаза или митохондриально-адресованная система TALEN (transcription activator-like effector nucleases), которые можно сконструировать для вырезания специфических последовательностей ДНК и использовать для распознавания
Геномное редактирование CR1SPR
Улучшение методов геномного редактирования важно не только для моей области, но и для всех биологических наук. Разумеется, генетическая модификация проводилась тысячелетиями с помощью искусственного отбора, но непосредственное манипулирование ДНК стало возможным примерно пятьдесят лет назад и обычно являлось неэффективным.
Серьезный прогресс наступил в 2012 году, когда был придуман высокоэффективный и более точный способ коррекции генетических дефектов. Метод был создан на основе природного механизма, имеющегося у бактерии Streptococcus pyogenes для защиты от вирусных атак. Он известен как CRISPR - аббревиатура от Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats, или короткие палиндромные повторы ДНК, регулярно расположенные группами. Это повторяющиеся последовательности ДНК, формирующие иммунную систему бактерии с набором ферментов Cas (от CRISPR-associated, или ассоциированные с CRISPR), которые под руководством молекул РНК, скопированных у вторгшихся вирусов, разрезают ДНК вируса, чтобы остановить его размножение.
Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли и Эммануэль Шарпантье из Университета Умео в Швеции умудрились трансформировать бактериальную систему CRISPR-Cas9 в простой программируемый инструмент для редактирования генома. Это было выдающееся открытие.
Здесь тоже не обошлось без опасений. Одно из них касается «эффектов мимо цели», когда ДНК разрезается в ненужном месте [53]. Чтобы не допустить подобное и улучшить попадание в цель, были разработаны новые варианты Cas9 [54]. Однако и в нужном месте редактирование может быть неточным. И даже попав в цель и аккуратно отредактировав, можно спровоцировать у некоторых людей иммунный ответ [55].
В США национальные академии наук, инженерии и медицины призывают к осторожности, но подчеркивают, что «предостережение не означает запрещение» [56]. В случае зародышевых линий они рекомендуют редактировать только те гены, которые приводят к тяжелым заболеваниям, и только при отсутствии других подходящих методов лечения.
В ноябре 2018 года Хэ Цзянькуй из Южного университета науки и техники в Шэньчжэне, Китай, нагнал на всех ужас, когда выяснилось, что он предположительно создал первых генномодифицированных детей. Он описал, как с помощью CRISPR/Cas9-технологии изменил гены, кодирующие рецептор, необходимый для проникновения ВИЧ (вирус, который вызывает СПИД) в белые кровяные клетки. Однако этот случай является примером плохой науки и плохой этики, поскольку существуют противоречивые предположения о вероятных молекулярных процессах и последствиях геномного редактирования [57]. Бен Хёрблут отмечает, что данная ситуация «создает возможность и насущную потребность внесения изменений в глобальное управление наукой» [58].
Что касается моей области, геномное редактирование способно улучшить наши представления о работе генов. С его помощью мы изучаем влияние генов на развитие мышиных эмбрионов. Этот метод используется и для человеческих эмбрионов, и первая лицензия на проведение таких экспериментов выдана Управлением по оплодотворению и эмбриологии человека моей коллеге Кэти Ниакан из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне.
Чтобы проверить принцип действия, Кэти устранила с помощью геномного редактирования экспрессию гена ОСТ4, о котором мы говорили ранее и который важен для развития плюрипотентности клеток. В результате выяснилось, что ОСТ4 нужен человеческому эмбриону для того, чтобы правильно сформировать бластоцисту, а мышиному — для создания эпибластной линии плюрипотентных клеток в бластоцисте. Это подчеркивает ценность мышиных эмбрионов как модельных систем и одновременно демонстрирует, почему для понимания развития человека надо исследовать именно человеческие эмбрионы.