Редактирование человека

Случилось то, что должно было случиться. Китайские ученые сообщили о редактировании генома человеческого эмбриона (Puping Liang et al, «CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes», «Protein & Cell», 2015, 6, 5: 363—372, doi: 10.1007/s13238-015-0153-5).

Фантастика

Сразу успокоим читателей: команда исследователей под руководством Цзюньцзю Хуана (Junjiu Huang) из Университета Сунь Ятсена в Гуанчжоу проводила опыты на нежизнеспособных эмбрионах, которые они получили из клиники репродуктивного здоровья. При оплодотворении «в пробирке» (и в естественных условиях тоже) в одну яйцеклетку иногда проникают два сперматозоида. Получается зародыш с одним лишним набором хромосом, который не может нормально развиваться, однако первые деления проходят как обычно. Все этические аспекты — наличие информированного согласия от доноров эмбрионов, соответствие Хельсинкской декларации об этике медицинских исследований человека, китайскому законодательству и т. д. — перед публикацией были тщательно проверены.

Исследователи попытались модифицировать ген, ответственный за развитие бета-талассемии — тяжелого заболевания крови. (Ген находится в 11-й хромосоме, называется HBB, кодирует белок бета-глобин.) Для этого они использовали технологию CRISPR/Cas9 — те самые молекулярные ножницы для ДНК, о которых мы писали год назад («Химия и жизнь», 2014, № 7; см. также рис. 1). Комплекс белка и РНК находит нужную последовательность в геноме и разрезает ДНК в строго определенной точке, что открывает путь к редактированию генома. Технология уже опробована на животных, вплоть до обезьян, и на человеческих клетках в культуре.

1. Так работает CRISPR-Cas9 — конструкция, заимствованная у бактерий с некоторыми доработками. Комплементарное взаимодействие РНК-гида с ДНК-мишенью обеспечивает точность, а белок расщепляет обе нити ДНК

С одной стороны, прекрасно. До сих пор люди с наследственными заболеваниями были вынуждены отказываться от рождения детей — или играть в генетическую рулетку с высочайшей ставкой. Если хотя бы один из родителей гетерозиготен по ключевому для болезни гену, то есть одна из двух копий гена у него «больная», а другая «здоровая», можно повысить шансы с помощью экстракорпорального оплодотворения — вне организма женщины исследовать зародыши и отобрать для имплантации тот, из которого разовьется здоровый человек. Однако это непросто, дорого, не исключает ошибок, не говоря об этической проблеме — выбраковка эмбрионов с неподходящими генами для многих неприемлема. А теперь (пусть не прямо сейчас, но лет через десять) — дополним ЭКО маленькой манипуляцией с зародышем, и ребенок родится здоровым, как у всех. А может быть, научатся исправлять опечатки и в геноме взрослого? Например, корректировать ошибки в генах, привнесенные в течение жизни и провоцирующие развитие опухолей? Новая эра медицины начинается у нас на глазах: человечество избавится от генетического груза, победит талассемию, гемофилию, муковисцидоз, как победило чуму и черную оспу.

С другой стороны, понятны опасения скептиков: если что-то может пойти не так, оно пойдет не так, и необратимых действий вообще следует избегать. Кто-то допустит ошибку при редактировании генома, появится на свет больной человек, передаст испорченный ген своим детям, и станет в мире больше горя, а не меньше. Кроме того, не все люди на свете хорошие и добрые. О коммерческом использовании генной модификации человека уже полвека пишут фантасты, и к этим ужасам можно было относиться несерьезно, пока идея не казалось осуществимой. Вспомним хотя бы лаборатории Архипелага Джексона в романах Лоис Буджолд, производящие модификантов для военных и прочих надобностей. Как говорили боссы Архипелага, если бы наши клиенты стремились к высокому и платили за это, мы бы только и делали, что строили храмы, но, к сожалению, люди хотят обогащаться, убивать врагов и предаваться нехорошим излишествам... До создания супербойцов и сексуальных монстров еще далеко, реальность выглядит намного скромнее, но ведь путь в тысячу ли начинается с одного шага.

Реальность

Когда читаешь экспериментальную часть статьи, становится понятно, что время для этических дискуссий у нас еще есть. Хуан и соавторы впрыснули в эмбрионы матричную РНК белка Cas9, РНК, специфическую к участку-мишени, а также однонитевую ДНК, которая должна была стать заплаткой на месте разреза (рис. 2). Выждали 48 часов — достаточно, чтобы CRISPR/Cas9 успела провести замену, а эмбрионы выросли примерно до восьми клеток. Из 86 эмбрионов выжил 71, из них 54 ученые протестировали, чтобы проверить, сохранилась ли модификация при последующих делениях. Выяснилось, что лишь в 28 разрез в нужном месте был сделан, и только в четырех случаях замена прошла как надо. Мало этого: как бы ни были умны ножницы CRISPR/Cas9, а генетический анализ выявил множество незапланированных мутаций в других участках генома. Их оказалось существенно больше, чем в экспериментах на мышах или на человеческих клетках в культуре. И возможно, исследователи заметили не все такие мутации, поскольку они проверили только совокупность кодирующих участков генома, так называемый экзом. Так что о практическом применении пока рассуждать не приходится. «Если вы хотите делать это со здоровыми эмбрионами, то должны приблизиться к 100%, — говорит Хуан. — Вот почему мы остановились. Мы считаем, что метод еще слишком незрелый».

2. Упрощенная схема эксперимента по редактированию генома человеческого зародыша. Финальный этап — анализ ДНК — исследователей не порадовал

Статья китайских ученых вышла в «Protein & Cell» — редакция этого журнала находится в Пекине, а издает его концерн «Springer». «Nature» и «Science» статью отклонили, главным образом по этическим соображениям. «Это стремительно развивающаяся и сложная область, для которой мы не можем — и не должны — легко предлагать простые правила», — заявила Риту Дханд, ответственный редактор «Nature», и добавила, что издательская группа «Nature» консультируется с экспертами, чтобы выработать политику в этом вопросе. Со своей стороны, коллектив «Protein & Cell» полагает, что публиковать в данной ситуации правильнее, чем не публиковать. «Решение редакции выпустить в свет эту работу не следует рассматривать как одобрение этой практики или поощрение подобных попыток», — написал Сяосюэ Цзан, ответственный секретарь журнала, в редакционной статье. «У нас были серьезные дискуссии об этических аспектах статьи, — добавил главный редактор Цзыхэ Рао. — Мы ожидали, что будут различные мнения, но надо было это опубликовать, чтобы началось обсуждение». Надо заметить, решение приняли быстро: статья была представлена 30 марта и принята 1 апреля. Возможно, этому поспособствовали отзывы рецензентов «Nature» и «Science», замечания которых авторы учли в доработанной версии статьи.

Ведущие журналы беспокоил не только этический аспект. Как рассказал сам Хуан, рецензенты отмечали, что представленные результаты трудно назвать блестящими. Однако случаев отработать методику трансформации человеческого зародыша ни у кого еще не было — работа пионерская. А команда Хуана нашла этически приемлемую модель и продемонстрировала, что с человеком все куда сложней, чем с макаками: «Мы хотели показать наши данные всему миру, чтобы люди знали, что в действительности происходит на этой модели, а не просто рассуждали о том, что могло бы произойти».

В будущем Хуан с коллегами планируют снизить число ошибочных мутаций, работая на других моделях и пробуя другие стратегии. Например, можно попытаться повысить точность связывания «ножниц», или ограничить время жизни CRISPR/Cas9 в клетке, чтобы они не успели порезать геном где не надо, или, наконец, поиграть с концентрациями фермента и молекул для репарации. В конце концов, на CRISPR/Cas9 свет клином не сошелся: есть еще, например, TALEN — искусственные ферменты, заимствованные у бактерий из рода Xanthomonas и разрезающие ДНК в определенном участке; эта система дает меньше мутаций.

Сомнения и решения

Научное сообщество на новость отреагировало скорее настороженно. Разумеется, об исследованиях Хуана с соавторами знали и до публикации, да и понятно было из общих соображений, что кто-нибудь захочет это сделать. Еще в январе 2015 года в Напа, штат Калифорния, прошло мероприятие, которое комментаторы называли «новым Асиломаром». На Асиломарской конференции 1975 года эксперты выработали рекомендации для ученых, желающих модифицировать ДНК живых организмов. Теперь пришло время рекомендаций для тех, кто делает это с человеком.

Срочность возникла из-за технологии CRISPR/Cas9. До нее были и TALEN, и самая первая технология специфического разрезания ДНК в месте, выбранном экспериментатором, — нуклеазы с цинковыми пальцами (zinc-finger nuclease, или ZFN). («Пальцы» нуклеаз — это структурные элементы, стабилизированные ионами цинка; разные пальцы узнают различные нуклеотидные триплеты, так что можно сконструировать из этих пальцев фигуру, которая связывается с определенным участком ДНК, и только с ним.) Оба метода подарили генной инженерии новые возможности. Но в обоих случаях приходится каждый раз заново создавать белковый «скальпель», чтобы сделать разрез в новой точке генома. А CRISPR/Cas9 — универсальный инструмент: белок всегда один и тот же, меняется только РНК, комплементарная участку-мишени. Это делает технологию дешевой и, как следствие, доступной широкому кругу желающих.

Надо понимать, что так называемая прецизионная медицина — высокоточные терапевтические манипуляции с человеческим геномом — уже существует. Но до сих пор дело ограничивалось манипуляциями с соматическими, то есть неполовыми, клетками, которые затем возвращали в организм. Плюс этого варианта в том, что модификация не наследуется и поддается исправлению — срок жизни большинства соматических клеток сравнительно невелик. Специалисты в этой области китайский эксперимент не одобрили. В марте нынешнего года вышла статья «Не редактируйте зародышевые клетки человека» («Nature», 2015, 519, 410—411, doi:10.1038/519410a). В числе авторов были Эдвард Ланпье и Федор Урнов. Ланпье — президент компании «Sangamo BioSciences» (Ричмонд, Калифорния), которая, в частности, трансплантирует модифицированные Т-клетки пациентам с ВИЧ, и те перестают принимать антиретровирусные лекарства. Аналогичный способ лечения талассемии «Sangamo» довела до первой фазы клинических испытаний. Федор Урнов — выпускник МГУ, ведущий исследователь этой компании, тот самый человек, который придумал и создал нуклеазы с цинковыми пальцами. По мнению авторов статьи, попытки редактировать геном зародыша человека следует приостановить. После китайской публикации возник ажиотаж, теперь многие ученые начнут подобные эксперименты (по слухам, только в Китае этим занялись уже четыре научные группы) — кто-то, возможно, и с жизнеспособными эмбрионами. Кто-то использует новую технологию не для терапии, а для баловства, вроде изменения цвета глаз ребенка. Да и при лучших намерениях пока еще нельзя гарантировать рождение здорового человека: модифицируется ли нужный ген, только ли он, во всех ли клетках... А репутационные потери в случае «ошибки метода» понесут все технологии редактирования человеческих генов, в том числе модификации соматических клеток, способные дать практически те же результаты и доказавшие свою безопасность. Есть у «соматических» генных инженеров и принципиальные возражения: «Мы люди, а не трансгенные крысы», — заявил Ланпье.

Джордж Черч из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, знаменитый своим вкладом в создание новых технологий секвенирования, настроен менее сурово. Кстати, именно его лаборатория, пользуясь технологией CRISPR/Cas9, недавно встроила в геном клетки индийского слона гены мамонта, отвечающие за маленькие уши, цвет и длину шерсти и подкожный жир (http://www.popsci.com/woolly-mammoth-dna-brought-life-elephant-cells; речь только о клетках в культуре, мамонтообразного слона еще никто не вынашивает и не рожает!). Черч согласен, что мораторий на редактирование генома человеческих эмбрионов нужен, но только до тех пор, пока уровень безопасности не удовлетворит всех. Он предлагает отработать технологию на животных, что, собственно, и делается: например, группа самого Черча редактирует гены иммунной системы эмбрионов свиней, чтобы получить животных, чьи органы можно пересаживать людям. Однако он не видит причин, почему бы не работать и с человеческими эмбрионами, когда метод будет признан безопасным: ведь и ЭКО внушало страх, а теперь прочно вошло в медицинскую практику. Сейчас при искусственном оплодотворении множество эмбрионов, в которых найдены известные на сей момент гены заболеваний, приходится отбрасывать (и чем больше таких генов мы узнаем, тем больше будет выбраковка...). Новая технология позволит исправлять ошибки, поэтому еще вопрос, что этичнее. Верит в светлое будущее редактирования генома зародышей и нобелевский лауреат Крейг Мелло. Ланпье, однако, считает, что отбор здоровых эмбрионов при ЭКО хорошо себя показал и нет причин от него отказываться ради нового сомнительного метода.

Так или иначе, все сходятся на том, что безопасность CRISPR/Cas9 пока не на высоте, поэтому не следует поощрять применение данного метода к зародышевым клеткам человека и надо срочно начинать работать над законодательной базой: например, четко определить, в каких случаях подобное вмешательство допустимо, а в каких следует использовать другие методы. Кроме того, нужно уже сегодня информировать медицинских работников и общественность о новом методе, его положительных и отрицательных сторонах (что мы и делаем в этой статье). Ясность вопроса для широкой публики и открытые дискуссии, как показывает вся история создания трансгенных организмов, совершенно необходимы.