Как мы можем изменить свои гены (и зачем нам это делать)

Возможность менять нашу генетическую конструкцию может помочь справиться со множеством проблем — от тривиальных (помочь супердегустаторам есть брокколи) до серьезных (откорректировать тот вариант гена, который вызывает болезнь Гентингтона) и крайне спорных (добавить гены, улучшающие интеллект или дающие глаза на затылке).

С технической точки зрения мы производим генетически модифицированные организмы (ГМО) уже больше 10 тысяч лет путем селекционного разведения животных и растений. Посредством селекции мы взяли в руки штурвал эволюции и направляем жизнь в сторону тех форм, которые лучше годятся для наших целей.

Вот некоторые из улучшений: помидоры стали больше, яблоки слаще, цыплята тучнее, а собаки прирученными. Такие процессы идут мучительно медленно, и не все виды поддаются воздействию — что видно, например, по отсутствию домашних медведей.

После того как в 1950-х годах было установлено, что рецептом жизни является ДНК, ученые старались изобрести более эффективные способы использования этого рецепта. Они начали с малого — действительно с малого — с изменения бактериальных клеток под названием Escherichia coli (эта бактерия больше известна как «кишечная палочка»).

В 1973 году Стэнли Коэн и Герберт Бойер сумели заставить эту бактерию поглотить и прочитать чужеродную ДНК. Они создали первую форму жизни, появившуюся с помощью генной инженерии, вставив фрагмент ДНК лягушки в Escherichia coli. Не особо практичный, но важный шаг. Бактерия прочитала ДНК лягушки и построила по ней белок лягушки.

Затем мы стали использовать бактерии для производства полезных белков, включая инсулин, гормон роста человека и белки для вакцин.

Спустя год Рудольф Йениш и Беатрис Минц создали первое генетически модифицированное животное, введя новый ген в эмбрионы мыши. С тех пор появились генетически модифицированные растения, грибки, круглые черви, рыбы, насекомые, крысы, обезьяны и так далее. Следующая остановка — люди.

По иронии судьбы наши первые попытки по изменению ДНК у людей, именуемые генной терапией, совпали с выходом на экраны фильма «Гаттака» в 1997 году (в основе сюжета фильма «Гаттака» лежат вопросы генетических технологий).

Генная терапия включает замену дефектного гена работоспособным экземпляром. Хотя это звучит так же просто, как гитарное соло рок-группы Matchbox Twenty, на деле процесс стал настоящей проблемой. Вы не можете просто проглотить таблетку с геном, потому что он не будет работать, если не окажется внутри клеток, где нужен «ремонт».

Если бы мы могли уменьшить врачей до микроскопического размера, чтобы они могли плавать по организму человека в крохотной субмарине, как в фильме «Фантастическое путешествие», возможно, они смогли бы доставить ген только в те клетки, где он нужен.

Это казалось невозможным, но затем у ученых наступило озарение: вирусы ведут себя именно так, как миниатюрные субмарины, и несут груз ДНК только в те клетки, которые инфицируют. Возможно, удастся накачивать вирусы лечебными генами, которые попадут в клетки больного.

«Одомашнивание» вирусов подобно танцам с волками: вирусы могут доставить гены внутрь нас, но при этом остаются непредсказуемыми инфекционными агентами, которые могут укусить.

Работы в этой области остановились в 1999 году, когда 18-летний Джесси Джелсинджер умер во время генной терапии. Исследователи ввели ему аденовирус с правильной копией того гена, который был нужен юноше, однако через несколько дней пациент умер от масштабного иммунного ответа.

В 2000 году генная терапия излечила нескольких детей, родившихся с таким серьезным иммунодефицитом, что они не могли покидать пределы стерильного (не имеющий микробов) помещения; такое заболевание именуют также «синдром мальчика в пузыре».

Однако примененное лечение вызвало у некоторых пациентов заболевание, сходное с лейкемией. При этом использовался один ретровирус: он не только доставляет в клетки хороший ген, но и вшивает его в ткань ДНК, делая его постоянным жильцом. К несчастью, в процессе вшивания гена, необходимого для ДНК пациентов, был поврежден другой ген, что и подвергло их риску заболевания раком.

Такое разочаровывающее сочетание успеха и неудачи поставило применение вирусов под вопрос. Можно ли на самом деле приручить этих крохотных диких тварей?

За прошедшие два десятилетия исследователи открыли новые способы обезвреживать вирусы — подобно тому, как эльф Герми вынимает все зубы у Снежного Монстра в мультфильме «Приключения олененка Рудольфа». Такая тяжелая работа окупилась, и генная терапия сейчас возвращается.

В 2017 году она одержала громкую победу в сражении с адренолейкодистрофией (АЛД) — заболеванием, показанным в фильме Джорджа Миллера «Масло Лоренцо». АЛД — редкое нейродегенеративное заболевание, которое поражает здоровых детей в возрасте около семи лет.

По мере прогрессирования болезни дети теряют контроль над мышцами, что приводит к невозможности ходить, говорить или есть без зонда для искусственного питания. Адренолейкодистрофия вызывается мутацией в гене ABCD1, который производит белок, направляющий молекулы жиров в место разложения в клетках мозга. Когда этот белок не работает, то жиры накапливаются; в результате возникает воспаление, повреждающее мозг.

Концепция лечения АЛД проста: нужно дать пациентам нормальный экземпляр гена ABCD1, чтобы жиры расщеплялись, как им положено в природе. Исследователи успешно приспособили разновидность ретровируса — лентивирус — для доставки рабочей копии ABCD1 в стволовые клетки костного мозга, взятые у пациента. После того как в эти стволовые клетки ввели нужный ген, их пересадили обратно больному. Стволовые клетки — недифференцированные, то есть в организме могут стать клетками любого типа. Некоторые из этих генетически перестроенных клеток превращаются в клетки мозга, которые теперь уже могут решить проблему с жирами.

Быстро пришел еще один успех генной терапии — удалось вылечить буллезный эпидермолиз (БЭ) у семилетнего ребенка. БЭ — редкое заболевание, при котором кожа становится очень слабой и склонной к разрывам, куда легко попадает инфекция. Почти в половине случаев дети с БЭ не доживают до взрослого возраста. Ученые использовали генную терапию, что исправить мутантный ген в стволовых клетках, взятых у пациента. Исправленные стволовые клетки превращались в клетки кожи и выращивались в лаборатории до превращения в ткани достаточного размера, чтобы их можно было пересаживать пациенту.

С развитием более безопасной и более эффективной системы доставки с помощью вирусов генная терапия показала многообещающие результаты при бета-талассемии, некоторых формах наследственной слепоты, гемофилии (нарушения свертываемости крови) и так далее.

Не за горами и дальнейшие успехи: мы расширяем наш инструментарий для редактирования генов. Ультрасовременный метод редактирования генов CRISPR/Cas9 вызвал столько ажиотажа, что стал почти расхожим термином.

Технология CRISPR/Cas9, использующая компоненты бактериальной иммунной системы, действует как ножницы для ДНК — разрезание на уровне нуклеотидов убирает плохие гены или вставляет новые.

В 2015 году Цзюньцзю Хуан и его группа из Университета Сунь Ятсена в Китае создали с помощью технологии CRISPR/Cas9 первый генетически модифицированный человеческий эмбрион, чтобы исправить плохую копию гена бета-глобина, который вызывает бета-талассемию. (Для исследования использовались нежизнеспособные эмбрионы.) Как и CRISPR/Cas9, нуклеазы с цинковыми пальцами (ZFN) также могут вырезать определенные участки ДНК для вставки новых генов.

Сейчас интенсивно изучается еще один метод генной терапии, включающий генную инженерию иммунной системы человека, чтобы она могла распознавать такие виды рак а, как лимфома, и бороться с ними.

Один из иммунотерапевтических подходов — терапия химерного рецептора антигена (CAR) — состоит в том, что у пациента берут клетки под названием Т-лимфоциты и редактируют их на генетическом уровне, чтобы создать специальный рецептор, используемый для распознания злокачественных клеток пациента. Затем эти измененные, перепрограммированные Т-лимфоциты вводят обратно в организм человека, где они действуют как наемные убийцы, выслеживая и убивая раковые клетки.

Появление инструментов для редактирования генов означает, что мы больше не просто читатели ДНК — мы уже писатели (хотя все еще продолжаем учить язык). Но по той же самой причине, по которой мы не просим дошкольников редактировать манускрипты, большинство ученых выступают за запрет модифицирования генов в жизнеспособных эмбрионах или половых клетках: такие изменения будут передаваться по наследству и могут оказать непредсказуемые неблагоприятные эффекты на человека, а потенциально — и на его дальних потомков. Кроме того, это открывает этический ящик Пандоры: кто-то непременно возжелает редактировать гены не для медицинских целей, а для создания дизайнерских младенцев.

_{Из книги Билла Салливана «Познакомьтесь с собой. Как гены, микробы и нейроны делают нас теми, кто мы есть». М.: Издательство Бомбора, 2022.}