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

Благодаря случаю Лайлы (и некоторым другим) компании по производству средств CRISPR-терапии уже заключили с производителями средств иммунотерапии масштабные договоры о совместных разработках. Editas Medicine получила от Juno Therapeutics исключительные права на разработку препаратов для Т-клеточной терапии, а Intellia Therapeutics объединила усилия с гигантом здравоохранения Novartis, чтобы подобным же образом развивать иммунотерапию рака. Национальные институты здравоохранения одобрили первые в США клинические испытания CRISPR-отредактированных клеток, проведенные учеными из Пенсильванского университета, и в октябре 2016-го группа китайских исследователей из Сычуаньского университета впервые сделала людям инъекции клеток, модифицированных с помощью CRISPR[215]. Эти похвальные начинания помогут открыть доступ к положительным эффектам от редактирования генов тем пациентам, кто в них нуждается.

Я искренне надеюсь, что история Лайлы однажды перестанет быть исключительной и превратится просто в один из множества примеров спасения человеческой жизни в результате прорывов в редактировании генома. Определенно, мы потихоньку движемся к этому светлому будущему. Однако прежде чем мы окажемся там, нам нужно будет решить одну большую проблему редактирования генома. До тех пор пока эта проблема – проблема точности поправок, вносимых CRISPR, – не будет решена, случай Лайлы и подобные ему не смогут из исключений превратиться в правило.

CRISPR – по крайней мере, его изначальная версия, которой обладают прокариоты, – не стопроцентно точный метод разрезания ДНК. Это было очевидно еще при проведении самых первых экспериментов с CRISPR в моей лаборатории.

После определения основной функции CRISPR Мартин приступил к измерению точности разрезающего ДНК фермента Cas9 и его направляющей РНК. Казалось, что этот крошечный самонаводящийся снаряд способен находить и атаковать любые последовательности ДНК, совпадающие с его направляющей РНК, выслеживая их с впечатляющей точностью. Но есть ли пределы его точности? Действительно ли может CRISPR отличать одну двадцатибуквенную последовательность – ту, что подходит его РНК, – от остальных последовательностей, которые, вероятно, отличаются от этой всего на одну-две “буквы” ДНК? Чтобы появилась хоть какая-то надежда на превращение этой бактериальной системы защиты в достаточно безопасное для использования на людях средство редактирования генома, требовалось прежде всего ответить на этот вопрос.

Мартин обнаружил, что, когда он “спустил” CRISPR-систему на последовательности ДНК, в которых некоторые “буквы” были специально заменены на неправильные и больше не подходили РНК, фермент Cas9 в ряде случаев все же разрезал ДНК[216]. Выходило, что CRISPR порой может совершать ошибки и путать одни “буквы” ДНК с другими, – да, точность функции поиска на компьютере явно выше: она не выдаст вам документы со словом “эффект” вместо запрошенных файлов со словом “аффект”.

Позже мы совместно с коллективом ученых из Гарвардского университета под руководством Дэвида Лю повторили эти эксперименты гораздо тщательнее[217]. Мы провели исчерпывающее тестирование различных мутаций ДНК, чтобы определить, какие нецелевые (то есть не совпадающие с направляющей РНК) последовательности достаточно похожи на целевую последовательность (совпадающую с направляющей РНК), чтобы их обнаружил и вырезал CRISPR. Другие лаборатории тоже проводили похожие эксперименты в клетках[218], чтобы показать, каким образом сделанные CRISPR ошибочные надрезы могут привести к перманентным изменениям ДНК в тех местах, куда их не предполагалось вносить.

Само собой, буквально все медицинские препараты обладают какой-либо нецелевой активностью – и до тех пор, пока эти риски перевешивает польза от целевых эффектов, врачи и регуляторы в целом весьма снисходительны. К примеру, антибиотики уничтожают и патогенные, и полезные штаммы бактерий, а препараты для химиотерапии убивают и раковые клетки, и здоровые. Но в случае CRISPR проблема в специфичности: тут речь о разработке лекарства, которое настолько точно нацелено на свою предполагаемую мишень, что изменение положения всего нескольких атомов ослабит взаимодействие в такой степени, что лекарство не будет давать побочных эффектов.