Редактирование человека: часть вместо целого

Клещенко Е.
(«ХиЖ», 2016, №12)

Весной прошлого года мы вместе со всем человечеством обсуждали сенсационную новость — попытку китайских ученых редактировать геном человеческого эмбриона (см. «Химию и жизнь», 2015, 6). Этические требования были соблюдены; команда исследователей под руководством Цзюньцзю Хуана (Университет Сунь Ятсена, Гуанчжоу) взяла для эксперимента нежизнеспособные эмбрионы, которые проходят лишь несколько делений и затем погибают. Результат был не блестящим: замены в геноме произошли не везде, где были нужны, зато кое-где обнаружились лишние замены. Стало ясно, что до массовых генных модификаций людей еще очень далеко. Тем не менее эта работа вызвала бурные споры о возможных последствиях, ближних и отдаленных, и о необходимых мерах предосторожности.

Теперь CRISPR/Cas9 опять в первых строчках новостей. Героями дня снова стали китайские ученые, но они выбрали менее масштабную задачу и, пожалуй, более практичную: взять из организма отдельные клетки, модифицировать их геном и вернуть в организм.


s 20161202 crispr.jpg

Клетки-супермутанты против рака и СПИДа

Тяжело лечить болезнь, когда врачу не помогает иммунная система пациента. Вирус иммунодефицита человека тем и страшен, что поражает клетки иммунной системы, делая больного беззащитным и против собственно ВИЧ, и против других инфекций. Раковые клетки не становятся мишенью иммунной системы по другой причине: они хотя и вредные, но «свои», к тому же умеют уходить из-под удара.

Ключевое звено иммунного ответа — Т-лимфоциты: именно они распознают чужеродные антигены, а одна из их разновидностей, Т-киллеры, убивает инфицированные и опухолевые клетки. Механизм истребления, пусть и вредных объектов, должен как-то контролироваться, иметь выключатели. Вот если бы застопорить эти выключатели, чтобы Т-клетки беспощадно расправились с опухолями, как с занозой или простудой, истребили до последней клетки... Еще недавно такая идея казалась фантастичной. Теперь ясно, что это вполне можно сделать, и в общих чертах понятно как.

Схема опыта выглядит несложной: взять кровь у пациента, если возможно — недалеко от опухоли, извлечь из нее Т-лимфоциты, подредактировать их гены, размножить клетки в культуре и затем ввести их пациенту — живой антираковый препарат, приготовленный для него лично.

Двадцать первого июня 2016 года консультативный комитет Национальных институтов здоровья США одобрил предложение использовать для лечения рака Т-лимфоциты, геном которых модифицирован с помощью CRISPR/Cas9. Исследователи возьмут Т-клетки у 18 пациентов с различными типами рака (миеломой, саркомой, меланомой) и выполнят редактирование их генов. Отредактированные клетки получат в Университете штата Пенсильвания. В программе также участвуют Университет штата Калифорния (Сан-Франциско) и Техасский университет (Хьюстон) — в медицинских центрах Калифорнии и Техаса будут проводить лечение. Программа рассчитана два три года, причем  приоритетной задачей станет доказательство безопасности метода. Карл Джун, заведующий лабораторией в Пенсильванском университете¸ научный советник проекта, сообщил, что он должен начаться уже в конце 2016 года.

Какие гены будут редактировать? Первая мишень — поверхностный белок Т-лимфоцитов PD-1 (Programmed cell death 1). Он ослабляет Т-клеточную активность после иммунного ответа —  через него запускается апоптоз антигенспецифичных Т-клеток и одновременно подавляется апоптоз Т-супрессоров, отвечающих за толерантность к «своим».  Опухолевые клетки научились дотягиваться до этого выключателя лимфоцитов, поэтому многие противоопухолевые препараты действуют как ингибиторы PD-1. Но совсем лишить Т-лимфоциты этого регулятора, сделать их неуязвимыми и беспощадными — еще более радикальное решение! Кроме того, Т-лимфоцитам планируют дать рецепторы к белку, характерному для опухолевых клеток, но не для здоровых. Гены же собственных первичных (специфических) рецепторов будут удалены, чтобы сделать новый рецептор более эффективным. Вот таким генно-модифицированным клеткам, неумолимым убийцам рака, дадут размножиться в культуре и вернут их в организм пациента.

Как мы уже не раз отмечали, CRISPR/Cas9  — удобный метод редактирования, но не единственный: нечто подобное уже делали. Джун с коллегами создали и испытали ряд терапевтических модификаций Т-лимфоцитов, используя для редактирования геномов лентивирусы и нуклеазы с цинковыми пальцами (ZFN). Например, брали кровь у 12 пациентов с ВИЧ, выделяли Т-лимфоциты и повреждали у них ген белка, с помощью которого ВИЧ проникает в клетку (корецептора ВИЧ CCR5). Результаты были обнадеживающими: количество лимфоцитов в крови пациентов резко выросло, а вирусной РНК и ДНК — уменьшилось («The New England Journal of Medicine», 2014, 370, 901—910, doi: 10.1056/NEJMoa1300662). Правда, наблюдались малоприятные побочные эффекты — лихорадка, озноб (что бывает и при обыкновенном переливании крови), боли в мышцах и суставах. Из необычного — многие пациенты жаловались на неприятный «чесночный» запах собственного тела, очевидно, из-за того, что клеточные культуры консервировали в среде с диметилсульфоксидом: и само это вещество, и его метаболиты пахнут незабываемо. Эту технологию продолжает развивать американская компания «Sangamo» (www.sangamo.com).

Год назад все писали о том, как в лондонском детском госпитале «Грейт-Ормонд-Стрит» спасли годовалую девочку Лейлу Ричардс, у которой был острый лимфобластный лейкоз. Ей ввели генно-модифицированные донорские лимфоциты, подавляющие развитие опухолевых клеток, и это позволило ребенку дожить до пересадки подходящего костного мозга. Других способов не было — химиотерапия таким малышам помогает плохо, собственно, поэтому новаторский метод лечения и разрешили. Клетки делали в компании «Селлектик» (www.cellectis.com). При этом использовали еще одну систему редактирования генома — TALEN. В «Грейт-Ормонд-Стрит» планируют продолжать эти исследования с более широкой группой пациентов и с упором на безопасность.

Во всех этих случаях применялась технология ex vivo — клетки модифицировали вне организма. Однако не все наши клетки можно вынуть и потом вернуть назад. Поэтому есть альтернативный вариант, in vivo — система редактирования доставляется в организм, например, с помощью вирусного вектора или в липидных наночастицах и производит редактирование на месте. Именно таким способом планирует исправлять гены в сетчатке глаза американская компания «Editas» (editasmedicine.com) —  это один из самых заметных игроков среди разработчиков медицинских применений CRISPR-Cas9. Среди ее основателей — двое изобретателей метода, Дженифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли и Фэн Чжан из Института Брода. (Позднее Дудна покинула компанию, чтобы создать ее конкурента — «Caribou Biosciences».) Так вот, в «Editas» решили сосредоточиться на генетических заболеваниях, для которых сейчас не существует эффективного лечения: муковисцидозе, миодистрофии Дюшенна, бета-талассемии, серповидноклеточной анемии, а также редких формах слепоты. При амаврозе Лебера зрение ослабевает или пропадает еще в раннем возрасте, но этот процесс можно остановить, исправив мутацию в дефектном гене. К сожалению, эту болезнь трудно захватить вовремя — младенец не может сказать, что плохо видит, и пока родители заметят, что дитя вяло реагирует на лица и яркие игрушки, время бывает упущено, — но лучше ослабленное зрение, чем «черный экран».


Умные люди из Сычуани

Итак, множество компаний по всему миру еще летом выступили с заявлениями о том, что начнут лечить людей с помощью CRISPR-Cas9 не позднее, чем в 2017 году. Но всех опередили китайские ученые. В июле команда под руководством Лу Ю (Lu You), онколога из Западнокитайского госпиталя Сычуаньского университета в Чэнду, сообщила, что уже готова вводить больным, страдающим раком легких, Т-клетки, модифицированные этим методом. Комментируя заявление конкурентов, Карл Джун признал, что «это потрясающий шаг вперед». Он же назвал международную гонку CRISPR-технологий «Спутник 2.0» — по ассоциации с космическим состязанием СССР и США, «биомедицинской дуэлью во имя прогресса». Конечно, сычуаньский проект в Китае не единственный: так, в Пекинском университете планируют начать испытания CRISPR-Cas9 — модификаций против раков мочевого пузыря, простаты и почек.

Метастазирующий немелкоклеточный рак легких плохо поддается лечению известными методами, поэтому клиницисты с нетерпением ждут результатов CRISPR-Cas9-терапии. Китайские ученые также выбрали в качестве мишени ген белка PD-1 (и только его), и они надеются, что модифицированные Т-лимфоциты выполнят свою задачу. Биотехнологическая компания «Chengdu MedGenCell», со своей стороны, обязуется тщательно контролировать вопросы безопасности. Дело тут не только в возможной неточности редактирования: Т-клетки вовлечены в разные типы иммунного ответа, в том числе, например, неспецифический, и есть опасение, не вызовет ли модификация аутоиммунные реакции. (При терапии антителами к PD-1 аутоиммунной реакции не было, но мало ли...) 

Некоторые комментаторы говорят, что Китай продвигается в этой области слишком стремительно: первые обезьяны с геномом, модифицированным CRISPR-Cas9, первые опыты с эмбрионами человека... Однако команда Лу Ю не собирается спешить. Первая фаза клинических испытаний (десять человек, три варианта дозирования) должна будет показать, безопасна ли терапия. Компания планирует начать с одного пациента и постепенно увеличивать дозу, тщательно отслеживая побочные эффекты.

Лу Ю с коллегами получили разрешение еще летом, но первая инъекция модифицированных клеток пациенту в итоге была сделана лишь 28 октября 2016 года. Начать терапию в августе, согласно первоначальному плану, не получилось: культивирование клеток заняло много времени.

Многократное повторение слова «безопасность» имеет основания. Да, другие методы генной модификации клеток показали себя неплохо. Да, хочется скорее перейти к более простому, дешевому и потенциально общедоступному CRISPR-Cas9. Однако когда готовился этот материал, пришли печальные новости. На второй фазе клинических испытаний американской компании «Juno Therapeutics» (лечение острого лимфобластного лейкоза у взрослых с помощью отредактированных Т-лимфоцитов, www.junotherapeutics.com) у двух пациентов развился отек мозга; один скончался, другой, по-видимому, также не выживет. Эти испытания (но не другие аналогичные) приостановлены до полного выяснения обстоятельств, и споры разгораются с новой силой.

А что же Россия, или «Спутник 2.0» взлетает без нас? История исследования CRISPR связана с именами Евгения Кунина и Константина Северинова (Евгений Викторович давно работает в США, но сохранил контакты с российскими коллегами, и наши рейтинги неизменно указывают его первым по индексу Хирша среди отечественных биологов). Технологию CRISPR-Cas9 используют в экспериментах, например, в лаборатории геномной инженерии МФТИ. С помощью этой технологии московская компания «Marlin Biotech» создала новую мышиную модель миодистрофии Дюшенна — на мышах с симптомами этого тяжелого заболевания можно испытывать потенциальные лекарства. О проектах, подобных тем, о которых рассказывается в этой статье, пока не слышно.

Разные разности

12.09.2018 18:00:00

Сотрудники геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова провели исследования арктического кратера на полуострове Ямал, выяснили причину его образования и открыли новое геологическое явление, ранее известное только для ледяных планет и планетоидов.

>>
07.09.2018 10:00:00

Сотрудник кафедры зоологии позвоночных МГУ имени М.В. Ломоносова в ходе международной экспедиции нашёл и описал новый вид тонконогих чесночниц. Вид назвали Leptobrachium tenasserimense.

>>
04.09.2018 10:00:00

...возможно, на Марсе есть подледное озеро жидкой воды шириной 20 км...


...редактирование геномов с помощью CRISPR-Cas9 может вызывать обширные делеции и геномные перестройки, затрагивающие многие тысячи нуклеотидов и потенциально патогенные...


...гугл-очки с функцией распознавания эмоций по выражению лица снижают проявления аутизма у детей...


>>
31.08.2018 10:00:00

Однозначно ответить на вопрос, какая сила позволяет паукам летать на своей расправленной паутине, никто не может почти двести лет. Похоже на электрическое явление, но никто пока что не собрался изучить связь паука с электричеством. Этот промах исправили Эрика Морли и Дэниэл Роберт из Бристольского университета.

>>
29.08.2018 13:00:00

Ответ на вопрос, заданный в заголовке, искали орнитологи во главе с Мартином Найфеллером из Базельского университета. Правда, не для всех птиц, а для тех, что уничтожают вредителей садов и огородов.

>>