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

В онкологии CRISPR не служит терапевтическим средством сам по себе, а играет роль инструмента, обеспечивающего работу существующих способов терапии. Он расширяет наше понимание биологии рака, а также ускоряет действие иммунотерапии, которая использует собственную иммунную систему пациента для борьбы со злокачественными опухолями. На обоих указанных фронтах CRISPR демонстрирует свою пригодность и в качестве еще одного оружия – и одного из мощнейших – в растущем арсенале нашей многолетней войны со страшным недугом.

Из всех вкладов CRISPR в медицину этот мне ближе всех. Даже если вы сами не болели раком, велика вероятность, что вы знаете кого-то, чью жизнь он испортил или оборвал. Если говорить о моей семье, то смерть моего отца от меланомы глубоко потрясла нас, и этот опыт привлек мое внимание ко множеству проблем, с которыми люди сталкиваются, когда имеют дело с этой болезнью. Рак – одна из наиболее частых причин смерти в Соединенных Штатах, уступающая только заболеваниям сердца. Хотя повышение эффективности ранней диагностики и лечения существенно повысили показатели выживаемости в последние десятилетия, смерти от рака по-прежнему являются ужасающей частью повседневности. В одних только США за год выявляют более полутора миллионов новых случаев рака, и полмиллиона людей погибает от рака каждый год[209]. Это больше полутора тысяч смертей в день.

Мутации в ДНК, связанные с раком, иногда наследуются; они также могут возникать спонтанно или вызываться употреблением табака или действием других канцерогенов. В последние десять лет или около того мы начали все чаще использовать секвенирование ДНК для создания каталога бесчисленных мутаций, отличающих раковые клетки от здоровых. Логика в том, что если эти мутации можно выявить, то возможно и создание лекарств, останавливающих действие любых генов, запускающих размножение (пролиферацию) клеток, уже прошедших злокачественное перерождение.

Но вот беда: у нас попросту слишком много информации. Действительно важные онкогенные мутации тонут в глубоком море “дополнительных”, которые сами по себе не меняют течение болезни. Вообще, один из характерных признаков рака – повышенная частота, с которой мутации ДНК закрадываются в геном, усложняя выявление именно тех мутаций, которые на самом деле играют важнейшую роль в образовании опухолей.

До CRISPR арсенал инструментов для изучения онкогенных мутаций был довольно ограниченным: ученые могли обнаружить и идентифицировать мутации в образцах живых тканей, взятых у пациентов в ходе биопсии, и изучить небольшое число конкретных мутаций на мышиных моделях. Но сейчас, когда у исследователей появилась возможность точно воспроизвести мутации, вызывающие рак, – по одной или по несколько сразу, причем за небольшую долю того времени, которое требовалось раньше, и гораздо дешевле, чем раньше, – исследования в области онкологии просто не могли не расцвести. Вместо скрупулезного выискивания клеток, мутировавших строго определенным образом (с эффективностью один к миллиону), или разведения мышей необходимых линий (на что требуются годы) ученые могут использовать CRISPR для эффективного внедрения мутаций всего за одно поколение. Эта способность позволяет ученым эффективнее выявлять генетические факторы, из-за которых клетки перестают отвечать на сигналы, в норме регулирующие их рост.

К примеру, в одном из исследований, проведенных Гарвардской медицинской школой, группа ученых под руководством Бенджамина Эберта хотела понять генетические причины острого миелоидного лейкоза[210], рака белых кровяных телец[211]. Запрограммировав CRISPR на редактирование различных генов – для каждого из них использовали свою соответствующую направляющую РНК, – они сумели нокаутировать восемь кандидатных генов. Такое множественное редактирование генома раньше невозможно было представить, но с CRISPR оно стало простым. После редактирования генов в стволовых клетках крови во всех возможных сочетаниях и последующего их возврата в организм живых мышей исследователи некоторое время ждали – смотрели, у кого из животных все-таки разовьется острый лейкоз (вариант обратного применения технологии ex vivo). Затем, сравнивая результаты этого эксперимента с тем, что получалось на мышах, которым определенные гены “выключили” посредством CRISPR, группа Эберта определила точное сочетание мутаций, необходимое и достаточное для развития лейкоза. Подобные опыты бесценны для прогресса в исследовании рака у человека.