Как направленное изменение ДНК изменит медицину 15 декабря 2015 года, 14:36

Геном человека содержит около 20–25 тысяч активных (то есть кодирующих белки) генов. Мутации в трех тысячах из них ученые уже связали с различными заболеваниями, и работа в этой области продолжается. Эти цифры, пожалуй, самое простое объяснение, почему лечение с помощью редактирования генома вызывает отчетливый энтузиазм в научных и медицинских кругах.

Специалисты по генетическому редактированию «правят» ДНК при помощи «генетических ножниц» — ферментов под названием нуклеазы. Они разрывают цепочки ДНК в заранее определенных местах, а вырезанный фрагмент затем можно удалить, отредактировать или полностью заменить новым, изготовленным «в пробирке».

Сегодня есть две наиболее эффективные технологии генетического редактирования. Первая позволяет доставить в клетки участки ДНК, необходимые для восстановления функции собственного гена, «поломка» которого привела к развитию заболевания. При помощи второй можно подавить активность дефектных генов, блокируя РНК, которая считывает записанную в них информацию и становится основной для последующего построения белков. А если нет белков, то можно сказать, что ген «выключен».

И хотя обе технологии не универсальны, истории об успешных случаях их клинического применения уже начали появляться. Более того, это истории исцеления тех пациентов, у которых не было надежды поправиться при помощи других методов.

Антивирусная редактура

Хотя эксперименты с редактированием ДНК животных идут уже не одно десятилетие, для лечения человека генетическое редактирование было использовано лишь в 2014 году. Первыми пациентами стали 12 носителей ВИЧ-инфекции из США.

Вирус иммунодефицита проникает в клетки крови человека, а именно в Т-лимфоциты, используя расположенный на поверхности этих клеток белок под названием CCR5. И ученые решили остановить вирус при помощи генетического редактирования именно на этой стадии.

Разработанная технология лечения выглядит довольно просто. У пациентов забирают кровь и добавляют к ней одну из упомянутых выше нуклеаз. Нуклеаза находит Т-лимфоциты и отключает в них ген, ответственный за производство CCR5, делая заражение клетки невозможным. После этого клетки крови возвращаются в кровоток пациентов.

Лечение оказалось на редкость успешным: оно позволило настолько снизить количество копий вируса в организме пациентов, что те смогли отказаться от традиционной антиретровирусной терапии, которую в обязательном порядке используют все носители ВИЧ.

Прямо сейчас то же исследование повторяют уже с семью десятками пациентов.

ВИЧ — не единственный смертельный вирус, с которым можно бороться методами генетического редактирования. На очереди вирус гепатита В и папилломавирус человека (ВПЧ). Оба они не имеют на сегодня радикального (то есть устраняющего причину болезни) лечения, при этом первый приводит к циррозу и раку печени, а второй — к злокачественным опухолям шейки матки. Ученые уже придумали, как с помощью программируемых нуклеаз «вымыть» из организма вирусную ДНК, однако пока не разработан эффективный способ доставить генетическое «оружие» к зараженным клеткам.

Отредактировать рак

Осенью 2015 года появилась новость, которая вызвала даже больший резонанс, чем сообщение о прогрессе в лечении ВИЧ. Медикам впервые удалось справиться с раком с помощью генетического редактирования.

История эта начиналась, увы, типично. У годовалой девочки Лейлы из Великобритании нашли лейкемию — самую распространенную разновидность онкологических заболеваний у детей. При этом типе рака пациентам чаще всего назначают химиотерапию, однако при агрессивных формах лейкемии она неэффективна. Именно так вышло с Лейлой: прогноз для малышки был неутешительным. Тогда ее родители обратились к группе исследователей, работавших в одной из лондонских клиник над лечением лейкемии методами генетического редактирования. К клиническим испытаниям с пациентами исследователи планировали приступить лишь спустя год, однако, учитывая медицинскую историю ребенка, исследователи решили взяться за ее лечение.

Для лечения Лейлы врачи получили от здорового донора Т-лимфоциты. При помощи специально созданных нуклеаз клетки стали «невидимыми» для противоопухолевых препаратов, которые принимала Лейла. Кроме того, в донорских лимфоцитах были деактивированы гены, которые без генетического редактирования атаковали бы организм ребенка. Наконец, лимфоциты «получили задание» охотиться и убивать клетки опухоли. Всего один миллилитр таких отредактированных лимфоцитов внутривенно ввели Лейле, и они сработали точно так, как планировали врачи. Через несколько месяцев девочке провели трансплантацию костного мозга — заключительный шаг при лечении лейкемии. Пересадка прошла хорошо, и сейчас Лейла с родителями и сестрой уже дома, рак перешел в ремиссию. «Чердак» подробно рассказывал об этой истории в выпуске «Бодрых новостей».

Этот случай стал знаковым по многим причинам, и одна из них — использование в процедуре иммунных клеток другого человека. На первый взгляд, малозначимый нюанс означает, что медикам нет нужны вносить изменения в геном каждого конкретного пациента, потому что фармацевты могут создать для лечения лейкемии (и других заболеваний) универсальный препарат. Уже несколько гигантов фармрынка сообщили о начале разработок в этой области.

Разумеется, возможность «редактировать» другие типы рака также исследуется, однако пока перспективы выглядят туманно. Самой многообещающей выглядит технология «отключения» РНК, ответственной за построение белков опухолевых клеток. Правда, пока, к сожалению, это всего лишь «хорошая идея на будущее».

Множество других применений

Лечение рака и ВИЧ — далеко не единственные направления, где можно применить генетическое редактирование. Болезнь Альцгеймера, сердечно-сосудистые заболевания, метаболический синдром («предвестник» диабета второго типа, который сегодня есть едва ли не у каждого второго человека с лишним весом), респираторные и аутоиммунные болезни, регенеративная медицина — этим список расстройств, которые ученые планируют лечить с помощью генной инженерии, не ограничивается. «Генетические ножницы»-нуклеазы могут корректировать вредные мутации или, наоборот, добавлять в ДНК полезные изменения, разрушать вирусную ДНК и таким образом бороться с множеством заболеваний.

И в ряде случаев уже есть результаты, правда, пока в исследованиях на животных. Например, ученым удалось удалить вызывающую катаракту мутацию из клеток спермы лабораторных мышей. Исследователи использовали мышей с мутацией гена Crygc — у всех животных с ней неизбежно развивалась катаракта. Специалисты «вырезали» мутацию и заменили нормальной последовательностью гена Crygc. Затем «отредактированные» сперматозоиды использовали для оплодотворения яйцеклеток — в результате на свет появилось 39 мышат, несущих нормальные копии гена Crygc.

С помощью той же технологии, по словам ученых, можно редактировать геном носителей мутации гена BRCA (из-за этой мутации Анжелина Джоли удалила обе молочные железы и матку), вызывающего рак груди, а также носителей мутации в гене presenilin-1 — именно она, предположительно, вызывает раннее развитие болезни Альцгеймера.

Стоит оговориться: в ближайшее время ожидать клинических испытаний этого метода не приходится. Это связано с целым рядом сложностей и нерешенных вопросов.

В чем проблема

Одна из главных проблем — как доставить нуклеазы «точно по адресу». На данный момент существует два основных способа доставки — ex vivo и in vivo. В первом случае клетки извлекаются из организма, «редактируются» и отправляются обратно. Во втором нуклеазы вводят сразу в организм-либо точечно, либо в системный кровоток (самый многообещающий способ сделать это — использование в качестве «курьеров» вирусов).

Ex vivo метод дает исследователям больший контроль, однако в организме измененные клетки могут погибнуть и, что куда серьезнее, такие манипуляции подходят далеко не для всех типов клеток.

In vivo метод подходит для работы практически с любыми клетками и, кроме того, позволяет воздействовать сразу на несколько органов. Увы, минусы есть и тут: иммунная система может напасть на незнакомые клетки, а сами нуклеазы могут «ошибиться адресом» и внести поправки вовсе не там, где надо. Повышение «избирательности» нуклеаз — еще одна критически важная задача, которую предстоит решить.

Одновременно перед учеными стоят и этические дилеммы: больше всего вопросов вызывает редактирование генома человеческих эмбрионов. Из 22 стран Западной Европы подобные манипуляции запрещены в 15. Противники говорят как о небезопасности метода, так и сомнительной этичности: не приведет ли распространение генетического редактирования к тому, что в будущем родители будут «программировать» себе детей? Аргумент «за» при этом один — возможность уберечь ребенка от наследственных болезней. И, надо сказать, пока он выглядит слабовато: уже сейчас родители могут провести диагностику эмбрионов перед имплантацией в ходе процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Имплантируется, разумеется, наиболее здоровый эмбрион.

***

Генетические редактирование для лечения заболеваний — уже реальность. Несмотря на технические и этические сложности, рано или поздно (и скорее все же рано) оно станет обычной практикой. И это дает людям надежду, которой до сих пор у нас не было.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru, Елена Фоер, «Чердак»