Читать книгу "Человек редактированный, или Биомедицина будущего - Сергей Львович Киселев"

около одного миллиона евро за курс лечения в 2014 году. Всего один человек сумел предоставить страховым компаниям необходимые бумаги для получения нужной суммы и препарата. Надо отметить, что в Европе потребителями этого вида лечения могут быть чуть более ста пятидесяти человек ежегодно. В 2017 году лицензию на данный препарат продлевать не стали, и он ушел с рынка. Но не только коммерция может быть причиной неуспеха. Летом 2020 года была опубликована информация о трех летальных исходах в ходе клинических исследований высокодозной генной терапии нейромиопатии — редкого заболевания, связанного с плохим развитием скелетных мышц. Негативный эффект введения вируса, послужившего вектором, сказался в данном случае на печени и желудочно-кишечном тракте. В группе низких доз негативных эффектов не было.

Давайте повторим вкратце суть метода генной терапии. Мы берем вирус — это некий генетический текст, вставляем в него ген — опять-таки целый фрагмент генетического текста, добавляем туда же регуляторную последовательность, и у нас получается терапевтический вектор, который мы направляем в клетки человека, чтобы они заработали по-другому — так, как нужно нам или как они работают в норме.

Генная терапия доказала свою эффективность, она будет развиваться и идти своим путем. В ней мы используем ДНК и гены как небольшие фрагменты текста. Сейчас исследователи могут работать с параграфами генетического текста — еще не на уровне каждой отдельной буквы-нуклеотида, но уже и не на уровне Целой книги или ее главы.

Рис. 5. Вирус-векторная терапия

Найти и обезвредить

Генная терапия — это выдающееся достижение человека, которое позволило, пусть не очень эффективно, но все же восстанавливать или изменять функцию гена за счет того, что его нормальная копия может быть внесена в организм в составе вектора. Пользуясь тем же сравнением с текстами на бумаге, мы должны «напечатать» целую страницу или параграф правильного генетического текста и «вклеить» дополнительно в книгу текст так, чтобы на этой странице (в этом параграфе) сохранилась функция гена и проявилась в виде синтезируемого белка. Благодаря созданию генной терапии, ученые научились работать с генетическим текстом, но не путем коррекции одиночных букв, а используя достаточно большие фрагменты. Поэтому приходится вставлять целиком новый, правильный фрагмент, а неправильный при этом никуда не исчезает.

Легко сказать «вставить правильный фрагмент (страницу)», но эта задача представляется абсолютно невыполнимой, если мы вспомним, что в нашем организме ни много ни мало сто триллионов клеток, и в каждой имеется генетический текст объемом в три гигабайта.

К счастью, делать это во всех клетках организма не приходится. Во-первых, можно ограничиться только теми из них, которые из-за мутации какого-то гена отвечают за нарушенную функцию определенных тканей. А во-вторых, порой достаточно внести исправления в генетический аппарат только части этих клеток, чтобы человек уже мог полноценно жить.

В этой главе мы разбирали лечение с помощью генной терапии тяжелого комбинированного иммунодефицита, когда в кроветворных стволовых клетках имеется мутация, приводящая к тому, что организм полностью лишен иммунитета. Если мы добавляем нормальную копию гена в часть стволовых кроветворных клеток, этого часто оказывается достаточно, чтобы восстановилась их функция (в данном случае иммунитет). Получается, что фактически мы не лечим поврежденный ген (он никуда не исчезает, до него ученые пока не могут добраться), а просто дополняем часть клеток организма нормальным геном.

К сожалению, есть заболевания, при которых эта тактика не подходит. Вспомним, что у нас в каждой клетке (кроме половых) имеется двойной набор хромосом, а значит, и два различающихся генома — от мамы и от папы. Предположим, что есть мутация в мамином аллеле[7] какого-то гена, но приводит она не к тому, что этот ген совсем не работает, а к тому, что он работает неправильно — синтезируется измененный белок. И даже если со второго аллеля у нас продуцируется правильный белок, наличие неправильного может привести к гибели клеток и деградации ткани, а без нее организм не может нормально функционировать.

Получается, что возможны ситуации, когда добавление еще одного здорового аллеля в клетку не приведет к излечению. А что приведет? Тут мы и приходим к пониманию, что умения работать с генетическим текстом целыми страницами или параграфами явно недостаточно. В данном случае в тех клетках, где нам нужна рабочая, функционирующая копия конкретного гена, необходимо исправить очень точно, побуквенно, генетическую мутацию, то есть именно тот нарушенный фрагмент генетического текста, который имеется в мамином аллеле. И только в этом случае мы сумеем устранить заболевание.

Но как это сделать? Как можно внутри клетки, среди трех миллиардов букв генетического текста правильно найти несколько нужных букв (обычно две-три), да еще их исправить? Воистину это задача, по сложности достойная человека, и она волновала ученых уже давно. Ведь речь идет о том, чтобы исправлять буквы генетического текста не в пробирке, как это делалось на заре генной инженерии, а в живой клетке! Даже в генной терапии, то есть на следующем, более высоком уровне, ученые пытаются работать с генами в клетке, но, увы, не могут найти одиночные буквы, а вклеивают в генетическую книгу целые листы, прочтение которых приведет к нормализации работы организма.

Новая задача генетики теперь выглядит так: суметь в каждой из 1014 клеток организма найти и обезвредить одну из 3 х 109 букв.

Геномное редактирование

Исправляем букву за буквой

Итак, в начале 1990-х годов перед специалистами в области генетики и биохимии со всей остротой встала задача побуквенного редактирования генетического текста. Обычные помощники редактора — цветная ручка и программа Word — здесь бесполезны, ведь генетический текст представляет собой цепочку повторяющихся химических молекул — нуклеотидов, которые служат буквами этого текста. Требовалось создание принципиально новых инструментов, позволяющих работать с генетическим текстом с очень большой точностью, на уровне отдельных букв, то есть нуклеотидов, — что-то вырезать, что-то вставлять, и при этом очень точно и в живой клетке. Неправильная замена всего лишь одного нуклеотида может привести к остановке работы гена и гибели клетки.