Редактируя человечество: Революция CRISPR и новая эра изменения генома

Всего за пятнадцать лет до этого международный коллектив ученых завершил проект «Геном человека» (Human Genome Project, HGP), воссоздав почти все страницы книги жизни – сценарий из 3,2 млрд букв, составленных из четырехбуквенного алфавита. Группа ученых из Лестерского университета опубликовала данные о полной последовательности в виде энциклопедии, состоящей более чем из сотни томов, где каждой хромосоме соответствовал свой цвет переплета. Этот объем информации чудесным образом упакован в двадцать три пары хромосом, находящихся в триллионах клеток вашего организма. Имея под рукой последовательность генома человека, ученые теперь могут приступить к выявлению генов, повреждение которых приводит к развитию тысяч редких наследственных заболеваний. Кроме того, появилась возможность определять генетические варианты и буквенные ошибки, которые формируют нашу предрасположенность к распространенным болезням, таким как сахарный диабет, сердечно-сосудистые заболевания и психические расстройства. Еще до этой генетической революции ученые мечтали использовать определенные последовательности ДНК в рамках генной терапии, вводя в клетки пациентов здоровые гены с целью заменить ими дефектные. Однако идея о ДНК-хирургии – устранении повреждений в генах путем вырезания и вставки участка ДНК непосредственно в геном пациента – была лишь фантазией.

Все изменилось, когда летом 2012 г. разгорелся ажиотаж вокруг CRISPR. Двое ученых – женщина-микробиолог из Франции Эмманюэль Шарпантье и женщина-биохимик из США Дженнифер Дудна – сообщили о революционном открытии. Они воспользовались знаниями многих исследователей со всего мира, которые трудились, не привлекая внимания общественности, стараясь понять биологическое предназначение CRISPR. Эти короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами (от англ. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), были известны как важнейший компонент естественной иммунной системы бактерий, микробного щита противоракетной обороны, призванной нейтрализовать атаки определенных вирусов. Ученые из лабораторий Дудны и Шарпантье изменили конфигурацию молекулярного механизма, создав инновационный метод точного определения и вырезания генов и других ДНК-мишеней. Спустя полгода несколько групп, возглавляемых Фэн Чжаном из Института Броуда и Джорджем Чёрчем из Медицинской школы Гарвардского университета, показали, что с помощью CRISPR можно редактировать ДНК клеток млекопитающих. Возможность точного редактирования практически любой последовательности ДНК, будь то геном человека, бактерии или любого другого организма, была невероятной. По простоте использования метод CRISPR был не сравним ни с одним из известных на тот момент методов. Концептуальный, а не технический прорыв, который изменит науку и медицину, а возможно, и саму природу человечества.

Благодаря этим исследователям и многим другим ученым по всем миру теперь мы можем с беспрецедентной легкостью и точностью управлять наследственностью. Мы можем стирать или переписывать варианты генов, вызывающих болезни у человека или эмбриона. Можем изменять геномы домашних животных, растений и паразитов, чтобы улучшить жизни миллионов людей, особенно в развивающихся странах, страдающих от изменения климата. Можем спасать исчезающие виды и даже воссоздавать те, что уже давно погибли. И хотя мы еще недостаточно знаем о сложности генетических взаимодействий, лежащих в основе нашей предрасположенности к сахарному диабету, сердечно-сосудистым заболеваниям и психическим расстройствам, не говоря уже о формировании нашего поведения, личности и интеллекта, мы можем представить день, когда нам удастся улучшить или изменить некоторые из этих характеристик.