Трещина в мироздании. Редактирование генома. Невероятная технология, способная управлять эволюцией

Чтобы решить эти задачи, некоторые ученые, работающие с CRISPR, обратились к одному из своих любимых средств доставки – вирусам. Вирусы невероятно искусны в “подкидывании” генетического материала в клетки хозяев – в конце концов, они оттачивали это мастерство миллионы лет. Вирусы хорошо приспособлены к заражению конкретных типов тканей и органов, при этом использование некоторых вирусов стало сравнительно безопасным. Благодаря десятилетиям генной инженерии удалось полностью перевооружить специализированные вирусы таким образом, чтобы они все же могли доставить ДНК в тело – либо в организм в целом, либо к конкретному органу, – но не были способны заразить своих хозяев ничем, кроме терапевтического “полезного груза”, введенного в них исследователями.

Один из векторов – так в генетике называют носителей генетической информации – оказался особенно важным подспорьем для ученых, разрабатывающих варианты редактирования генома in vivo: это безобидный вирус человека, известный как аденоассоциированный вирус (ААВ). ААВ вызывает лишь слабый иммунный ответ, и не известно ни одной болезни человека, которую вызывал бы этот вирус. Этот вирусный вектор легко можно “нагрузить” терапевтическими генами, кодирующими белок Cas9 и направляющую его РНК, – и вирус крайне эффективно доставит свой генетический материал к клеткам хозяина. Более того, вирус можно запрограммировать таким образом, что он не встроит свою ДНК в геном человека навсегда, так, как это делает большинство вирусов. Это свойство помогает избежать вставки неуместной ДНК в геном – именно это затрудняло попытки такой терапии в прошлом.

CRISPR-терапия in vivo

Еще одна удобная особенность ААВ – необычайное многообразие форм. Изолируя различные штаммы вируса и затем комбинируя их в различных соотношениях, ученые собрали семейство ААВ-векторов, чьими мишенями могут быть клетки во множестве различных типов тканей. Один из штаммов ААВ может лучше всего подходить для доставки CRISPR в клетки печени, в то время как другой наиболее эффективно работает в центральной нервной системе, легких, глазах либо сердечных и скелетных мышцах.

Именно в мышцах мы увидели одну из самых первых и наиболее ярких демонстраций того, что CRISPR может облегчить симптомы генетического заболевания in vivo. Хотя действие технологии пока испытали только на мышах, есть все основания полагать, что она будет эффективной и в организме человека – не в последнюю очередь потому, что генетическое заболевание, которое пытались лечить с помощью CRISPR, к сожалению, часто встречается у представителей нашего вида.

Смертельная болезнь, истощающая мышцы, – мышечная дистрофия Дюшенна (МДД) – наиболее распространенный тип мышечной дистрофии в мире; ее наследует примерно 1 из 3600 появившихся на свет мальчиков. У пациентов с МДД при рождении нет симптомов болезни, но она проявляется – и прогрессирует с ошеломляющей скоростью – в возрасте около четырех лет. Дети, пораженные МДД, страдают от тяжелой мышечной дистрофии; к десяти годам они обычно уже прикованы к инвалидной коляске, а к двадцати пяти годам большинство из них умирает от затруднений дыхания и от истощения самой главной мышцы тела – сердечной.

Миодистрофия Дюшенна может быть результатом одной из нескольких мутаций в гене DMD – самом крупном из известных генов человека, который кодирует белок под названием дистрофин. Этот белок помогает мышечным волокнам сокращаться, и нехватка функциональных молекул белка дистрофина – основная проблема в случае пациентов с МДД. У мужчин болезнь проявляется значительно чаще; поскольку ген DMD находится на X-хромосоме, а у мужчин в каждой клетке только одна такая хромосома (ее пара – Y-хромосома, наследуется от отца), единственная мутантная копия гена DMD оставляет организм без единой “здоровой” молекулы дистрофина. Напротив, у женщин в каждой клетке две X-хромосомы, а значит – две копии DMD; до тех пор пока одна из двух копий имеет нормальное строение, она способна предотвращать разрушительные симптомы заболевания. И хотя эти женщины не страдают МДД, они являются носителями заболевания и передадут мутантный ген DMD примерно половине своих потомков мужского пола. (Такой характер наследования делает МДД примером рецессивного заболевания, сцепленного с X-хромосомой.)