Эпоха дополненной реальности

В период с 2009 по 2012 год исследовались возможности CRISPR разрезать вирусную ДНК белками иммунной системы бактерий. Так был открыт белок Cas9 (сокращение от «CRISPR associated protein 9» – «CRISPR-ассоциированный белок 9»). Он представляет собой не просто белок, а эндонуклеазу то есть фермент, способный вносить в ДНК точечные разрезы. В структуре Cas9 имеются два активных участка (HNH и RuvC), играющих роль биохимических «ножниц» для обеих нитей ДНК. К 2012 году была выработана гипотеза, согласно которой нуклеазу Cas9 можно использовать в качестве инструмента редактирования генома в рамках генной инженерии клеточных культур человека с целью идентификации и вырезания из геномной последовательности участков, программирующих предрасположенность человека к развитию различных наследственных заболеваний, включая болезни Паркинсона и Альцгеймера, диабет, наследственно обусловленные онкологические заболевания (такие, как рак молочной железы), некоторые формы иммунодефицита и т. д. В наши дни исследования в области генной терапии уже перешли в практическую плоскость и сфокусированы на разработке прикладных методов лечения моногенных (то есть обусловленных одним геном) заболеваний.

Технология CRISPR/Cas9 позволяет не только вырезать из ДНК участки, но и вставлять на их место новые последовательности нуклеотидов. Ученые используют искусственно модифицированные вирусы или плазмиды[264], встраивая их в последовательность ДНК. Инициированный группой ученых Калифорнийского университета в Сан-Франциско проект ставит своей целью использовать технологию CRISPR/Cas9 для вырезания вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) из ДНК Т-лимфоцитов. При проникновении ВИЧ-инфекции в кровь вирус поражает Т-лимфоциты, играющие ключевую роль в поддержании иммунитета, внедряясь в структуру их ДНК. По мере совершенствования процедуры редактирования клеточного генома с использованием нуклеазы Cas9 исследователям уже удалось[265] успешно отредактировать пораженные ВИЧ гены CXCR4 и PD-1 Т-лимфоцитов, заменив их донорскими генами, взятыми из здоровых клеток. Ранее для поддержания иммунитета ВИЧ-инфицированных пациентов использовались модифицированные стволовые клетки Т-лимфоцитов, взятые у здоровых доноров. Теперь случился настоящий прорыв – и исследователям впервые удалось удалить ВИЧ как таковой из уже инфицированных Т-клеток. Альтернативный метод генной терапии успешно апробирован[266] в Филадельфии, где ученые научились подавлять распространение вируса в крови ВИЧ-инфицированных пациентов за счет удаления из геномной последовательности их Т-лимфоцитов белка CCR-5 – также методами генной терапии.

В марте 2015 года китайские ученые объявили[267] об успешном применении технологии CRISPR/Cas9 для исправления гена, обусловливающего развитие β-талассемии, потенциально смертельного наследственного заболевания крови[268], у нежизнеспособных человеческих эмбрионов. В ходе этого эксперимента 86 зиготам были сделаны инъекции, а спустя 48 часов были повторно замерены показатели их жизнеспособности. Этого было достаточно, чтобы система CRISPR/Cas9 заменила дефектную ДНК, чтобы нормальный код начал работать, а эмбрионы начали деление вплоть до размера в восемь клеток. Из 86 эмбрионов процедуру перенес 71, из них 54 были подвергнуты генетическому анализу. Оказалось, что правильные разрезы в ДНК были внесены только у 28 эмбрионов, а замена гена на нормальную копию прошла лишь в нескольких.

Результаты, подобные вышеописанному, не только поднимают фундаментальные вопросы этичности подобных исследований и делают технологию CRISPR уязвимой для критики, но и указывают на то, что генная инженерия все еще не является, строго говоря, точной наукой. Для реально успешного применения методов генной терапии вмешательство должно быть предельно избирательным и исключать всякую возможность ошибки и повреждения генома. В этом плане наиболее перспективной представляется самая последняя разработка генных инженеров – система TALEN (сокращение от «Transcription Activator like Effector Nucleases» – «эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции»), позволяющая минимизировать нецелевое встраивание редактирующих белков в структуру ДНК, не нуждающихся в исправлении. Этот метод открывает перед учеными значительно большую свободу действий в плане синтеза белков, предназначенных для модификации ДНК, и гарантирует их избирательное и строго целевое воздействие на геном в долгосрочной перспективе.

Какая бы из технологий в итоге ни привела к долгожданному прорыву, к которому так стремятся ученые, методы генной инженерии в ближайшее десятилетие будут кардинально усовершенствованы и станут стандартным средством лечения наследственных, генетически обусловленных заболеваний и патологий. Нам больше не придется лечить симптоматические проявления болезней. Вместо этого мы будем устранять их на клеточном уровне.

Ближайшие перспективы применения генной терапии (2020–2030)