GettyImages-639549277.jpg

Алексей Алексенко: Как нам реорганизовать ваши гены

Редакционный материал

Генетики научились корректировать мутации в генах с такой точностью, что скоро генная терапия перестанет быть пугалом для невежд

17 ноября 2017 17:10

Забрать себе

Недавно весь мир потрясла научная новость (а вообще научным новостям нечасто такое удается): семилетнему мальчику вырастили новую кожу из его же стволовых клеток. У мальчика была редкая болезнь «буллёзный эпидермолиз»: из-за дефекта в гене белка, на котором держится верхний слой кожи, вся поверхность тела может превратиться в сплошную инфицированную рану, вроде ожога. Утешение было только одно: с этим долго не живут.

А теперь, возможно, все станет по-другому: у пацана взяли его клетки, вырастили их в культуре и ввели исправленный ген. Затем, вырастив из клеток новые кусочки ткани, пересадили их на тело. Клетки начали расти, и вроде как все получилось: мальчик оброс новой, исправленной кожей. Вот примерно ради таких чудес и стоит заниматься молекулярной биологией, если познание мира как таковое оставляет вас равнодушным.

Это приводит нас, снова и снова, к теме генной терапии. Модно говорить, что там есть этические проблемы. Поскольку спасение больного ребенка никаких этических проблем не может породить в принципе, видимо, тут просто имеется в виду, что генная терапия пока не настолько хорошо разработана и в ней таятся скрытые опасности. На это можно ответить: разумеется, никто заранее не знает, кто стоит за углом на темной улице. Единственный способ узнать – осторожно заглянуть туда и, возможно, получить по башке.

Ключевое слово – «осторожно». И вот наша вторая новость, тоже относящаяся к генной терапии, как раз о ней. Точнее, о том, как генетики научились проводить хирургические операции над нашими генами с такой точностью, какая еще год назад никому и не снилась.

В деле исправления человеческих генов огромные надежды возлагаются на технологию CRISPR (читается «криспер»), о которой на наших страницах рассказывал биолог Константин Северинов. Напомним вкратце: у бактерий есть система иммунитета против вирусов. Бактерия держит у себя библиотеку коротких фрагментов ДНК из разных вирусов, встречавшихся ей когда-то, и когда в нее внедряется знакомый вирус, с помощью этой библиотеки распознает его, а затем режет вирусную хромосому в этой самой точке. Если мы хотим использовать этот гаджет для исправления ошибок в генах человека, мы должны:

  • ввести в человеческую клетку необходимый инструментарий этой бактериальной системы, то есть образец последовательности, которую надо исправить, и ген белка, который будет ее надрезать;
  • ввести туда же много-много копий правильной последовательности. Тогда клетка, стремясь залатать разрыв в своей ДНК, будет использовать эти правильные последовательности как образец, и ошибка будет исправлена.

В теории это звучит идеально. На практике не очень хорошо работает второй пункт. Дело в том, что разрезанная хромосома – это очень опасно. Клетка начинает лихорадочно исправлять ошибку, торопится и сама же все портит. Например, вместо предложенных ей хороших матриц берет какую попало ДНК из собственных запасов и приводит свой геном в ужасный беспорядок. Вместо пользы получается один сплошной вред.

Возможное решение проблемы – чуть-чуть улучшить то, что подарила нам природа. Распознавать нужную последовательность – это прекрасно. А вот надрезать ничего не будем. Вместо этого попробуем аккуратно, ничего не портя, подтереть одну букву в ДНК, вроде как корректирующим карандашом: из Ц сделать Т. Тогда на другой цепи ДНК при репликации вместо Г встанет А, и дело в шляпе, ничего не надо кромсать и шить по-живому.

Этим и занялась группа Дэвида Лиу из Института Бродов в Массачусетсе. Первая статья вышла год назад. Тогда ученые просто немного переделали белок cas9, который кромсал ДНК: удалили из него все режущие части и заменили их на другой белок, который аккуратно делает из буквы Ц букву Т (для этого достаточно оторвать у соответствующей молекулы одну аминогруппу, потому и называют тот белок «цитидиндеаминазой»).

Итак, механизм превращения Ц в Т (а значит, и Г в А) был готов, и даже внедрен в практику – китайские исследователи исправили у больного бета-талассемией зловредное Г на А. Но для полной красоты хотелось бы научиться делать и обратное превращение – Т в Ц и А в Г, чтобы, например, править одну из обычных мутаций, приводящих к муковисцидозу. Тогда у ученых был бы полный корректорский инструментарий и они могли бы делать с генами вообще все, что угодно.

Увы, в природе нет никакого белка, умеющего превращать Т в Ц. И тогда Дэвид Лиу и его коллеги пустились в нелегкий кружной путь. За основу взяли белок, который вообще не трогает хромосомы, а имеет дело с РНК: превращает букву А в другое вещество, инозин. И вот теперь надо было как-то научить его проделывать ровно то же самое с ДНК, то есть с хромосомой.

Учить белки, доложу я вам, это непростая работа. Называется она «белковая инженерия». В крупных биотехнологических корпорациях, вроде Unilever, десятки высокооплачиваемых рабов в белых халатах целыми днями меняют по кусочку свои ферменты, чтобы повысить хоть на пару процентов эффективность технологических процессов – в пересчете на объем производства это сулит миллионные прибыли. Но то технологические процессы, а это больные дети. И небольшая исследовательская группа из Кембриджа.

Вставляем ген в бактерии. Обрабатываем их мутагеном, чтобы вызвать мутации (это вредно, не забываем про перчатки). Выращиваем культуры, выделяем белки из сотни разных клонов. У всех измеряем активность. Выбираем тот клон, где активность – то есть способность проделывать нужную реакцию с ДНК, а не с РНК – чуть-чуть выше фона.

И повторяем до тех пор, пока не получится нужный продукт. Этот цикл – его называют «направленной эволюцией», потому что исследователи как бы повторяют за месяцы ту работу, которую в природе за миллионы лет делает дарвиновский отбор – кембриджским героям пришлось повторить семь раз.

«Это героическая попытка! – отреагировала на новость доктор Дана Кэрррол из университета Юты. –  У меня бы не хватило духу взяться за такое. Снимаю шляпу перед Дэвидом Лиу» (источник цитаты).

Если именно так выразился ученый, который и сам в принципе обучен делать подобные штуки, а просто не нашел в себе для этого сил и терпения, – то что должны сделать со своими шляпами мы, неумехи, я даже представить себе боюсь. Итогом стал инструмент, исправляющий ошибку в ДНК с 50% эффективностью (вместо привычных 5%) и вообще не дающий нежелательных побочных продуктов.

Дэвид Лиу вовсе не намерен почивать на лаврах, пока придуманный и заточенный им инструмент будут использовать его коллеги всех мастей, от клинических генетиков до биологов-эволюционистов. Теперь ему надо освоить последний фокус: превращение А в Т плюс три остальные реакции такого типа (если что, такие мутации называются «трансверсии» и даже в природе встречаются значительно реже описанных выше «транзиций», поскольку очень уж там непростая химия).

И вот тогда у нас будет все необходимое, чтобы изменять человеческие гены так, как мы захотим, не причиняя никакого вреда, а одну только пользу. И разговоры об этических проблемах генного редактирования станут звучать так же глупо, как сегодня звучит отказ свидетелей Иеговы от переливания крови по причинам этики. Если где и есть этический вопрос, так это вот в чем: почему вы предпочли остаться невежественными, пока другие люди за вас придумывают, как спасать больных детей? Вот уж где стыд-то.

7 комментариев
Екатерина Шашкина

Екатерина Шашкина

Ещё в тему

Ученые Йельского университета сообщили о создании более точной и эффективной технологии редактирования генома живых организмов. Новый метод позволяет избавиться от недостатков многих современных технологий, в том числе CRISPR/Cas9 

 
Дмитрий Киреев

Дмитрий Киреев

Я иногда даже завидую молекулярным биологам. Сейчас их время. Меня всегда поражает с какой легкостью они делают свои фантастические штуки. Только глянет профессор на студента, а тот уже спешит под свою тягу и пипеткой под ней что-то куда-то капает. А через неделю рассказывает, как он клетку научил нужные штуки выделывать да ещё и зелёным огоньком нам подмигивать, что мол всё идет по плану. Уму, конечно, понятно, что там у них покупные наборы для того и сего, а душа все равно в перманентном восхищении.

Что касается медицинских приложений генного редактирования, боюсь, что дело надолго застрянет в стадии решения проблемы доставки. Все-таки одно дело подредактировать клетки крови или кожи (это можно и ex vivo сделать), а другое - подправить все копии во всех клетках в таких труднодоступных органах как мозг или поджелудочная железа.

Алексей Алексенко

Алексей Алексенко

Дмитрий Киреев, Доставлять в ткани в принципе тоже можно, хотя с мозгом проблем больше всего. Если, например, надо доставить ДНК в мышцы, можно ввести ее инъекцией и потом шарахнуть электричеством (называется электрофорез): молекулы как-то залезают в клетку и даже в ядро. Во-вторых, в случае той же поджелудочной железы, часто вам и не нужны "все клетки": достаточно небольшой части, если речь идет о секретируемых продуктах. На самом деле там уже сейчас описаны десятки методов.

Что касается "через неделю", то это большое преувеличение, даже и с покупными наборами. Эти штуки еще достаточно трудоемки, потому и стоят как чугунный мост.

Екатерина Шашкина

Екатерина Шашкина

Дмитрий, это вам

Дмитрий Киреев, Группа американских ученых впервые применила генное редактирование для терапии живого пациента непосредственно в его организме https://hightech.fm/2017/11/16/inside_body_gene_editing

Дмитрий Киреев

Дмитрий Киреев

Екатерина Шашкина, испытания только начинаются и похоже что в Sangamo Therapeutics не очень верят в успех, которого я, тем не менее, всей душой им желаю.

Дмитрий Киреев

Дмитрий Киреев

Алексей Алексенко, именно тот факт, что описаны десятки методов, наталкивает на мысль, что путь будет долгим и не простым. Современная (последние 25 лет) история открытия лекарств это в основном история разочарований. Но тем, конечно, упоительнее успехи.

Дмитрий Киреев

Дмитрий Киреев

Екатерина Шашкина, Вот, кстати, с пылу, с жару (попалось в фейсбучной ленте), та же история рассказана не в форме коммерческого питча, а скорее журналистского расследования, с анализом того, что можно ожидать в случае успеха, и описанием возможных рисков.

http://www.sciencemag.org/news/2017/11/human-has-been-injected-gene-editing-tools-cure-his-disabling-disease-here-s-what-you

Ну да, пора ретироваться, а то заработаю себе репутацию ретрограда, а я ведь всеми фибрами за прогресс.

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Войти Зарегистрироваться

Новости наших партнеров