Сэмюел Стернберг - Трещина в мироздании [litres]

Доступные стратегии доставки можно разделить на две основных категории: редактирование генома in vivo (от латинского “в живом”, как упоминалось ранее) и редактирование генома ex vivo (от латинского “вне живого”). В рамках первого подхода CRISPR направляют прямо в тело пациента, чтобы инструмент проделал свою работу в месте повреждения; в рамках второго клетки пациента редактируют вне тела пациента и затем возвращают в него. Терапия ex vivo – гораздо более простой подход, и поскольку ученые освоили редактирование геномов клеток в лаборатории, мы на один шаг ближе к ней, чем к генной терапии in vivo . Другое преимущество редактирования генома ex vivo заключается в том, что клетки с отредактированными генами можно подвергнуть строгому контролю качества, прежде чем возвращать их в тело пациента.

CRISPR-терапия ex vivo

Поскольку для редактирования генома ex vivo необходимо извлечь больные клетки из тела пациента, этот метод отлично подходит для терапии заболеваний крови. Используя комбинацию редактирования генома, донорства крови и методов ее переливания, врачи могут изъять пораженные клетки крови из тела пациента, отредактировать их с использованием CRISPR и вернуть в кровеносную систему. Две потенциальных мишени для CRISPR-терапии ex vivo – это серповидноклеточная анемия и бета-талассемия. Оба эти генетических заболевания характеризуются тем, что возникают из-за дефектов молекулы гемоглобина – это главная белковая составляющая красных кровяных телец, вещество, переносящее кислород от легких к другим тканям тела. Причины дефектов в этой молекуле – мутации в гене бета-глобина, кодирующем одну из двух уникальных белковых цепочек, составляющих молекулу гемоглобина.

Серповидноклеточную анемию и бета-талассемию и сегодня можно полностью вылечить пересадкой красного костного мозга. Когда врачи пересаживают костный мозг от здорового донора больному реципиенту, стволовые клетки крови, коих множество, начинают образовывать новые здоровые красные кровяные тельца, и этот процесс работает до конца жизни пациента. Проблема с этим типом пересадки стволовых клеток заключается в нехватке здоровых доноров, которые одновременно подходят реципиенту с иммунной точки зрения и согласны пройти инвазивную процедуру. Даже когда подходящий донор найден и тело пациента приняло пересаженные клетки, процедура несет определенные риски; у многих больных развивается болезнь “трансплантат против хозяина”, вариант обратной иммунной реакции, который может привести к летальному исходу.

Редактирование генома может решить эту проблему, позволяя пациентам одновременно играть роль и реципиента, и донора стволовых клеток. Если врач сможет изолировать стволовые клетки из красного костного мозга пациента, “починить” мутантные гены с помощью CRISPR, а затем вернуть эти отредактированные клетки пациенту, то не придется думать о доступности донорского материала и о риске иммунного конфликта между телом пациента и пересаженными клетками. Многочисленные исследовательские коллективы уже убедительно показали, что геномы клеток пациентов можно с высокой точностью репарировать в лаборатории и что эти отредактированные клетки производят заметные количества здорового гемоглобина; ученые даже показали, что отредактированные клетки человека могут функционировать в теле иммунокомпрометированных (то есть имеющих ослабленный иммунитет) мышей. Сегодня исследователи и в научных учреждениях, и в коммерческих компаниях работают над тем, чтобы сделать эту процедуру доступной для пациентов.

Есть веская причина для оптимизма по поводу клинических испытаний с редактированием генома ex vivo , учитывая недавние успехи на смежном поле генной терапии ex vivo же. (Вспомните, что при редактировании генов репарация мутантных копий происходит прямо в геноме, в то время как при генной терапии в ДНК вводятся новые, здоровые гены.) Биотехнологическая компания Bluebird Bio разрабатывает продукт для лечения бета-талассемии и серповидноклеточной анемии посредством вставки новых генов бета-глобина в стволовые клетки крови, а GlaxoSmithKline сходным образом создала эффективное средство для генной терапии, которое излечивает тяжелый комбинированный иммунодефицит путем вставки недостающего гена в геном. В обоих случаях общая стратегия вмешательства одинакова: изъять клетки пациента, исправить их в пробирке, а затем вернуть в тело пациента. Впрочем, редактирование генома с большой вероятностью будет более безопасным, поскольку оно вносит настолько мало изменений в геном, насколько это возможно.

Самое первое клиническое испытание редактирования генов ex vivo показало, насколько перспективна эта процедура и как много она умеет. По иронии судьбы мишенью в тот раз была вовсе не генетическая болезнь, а вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). И хотя протокол этого клинического испытания был разработан до того, как технология CRISPR появилась на свет, – в нем использовалась технология нуклеаз с цинковыми пальцами (ZFN), описанная в первой главе, – его успех означает, что с помощью редактирования генома можно будет бороться с пандемией СПИД, а также лечить множество генетических заболеваний.

Вы не поверите, но некоторые люди от природы невосприимчивы к ВИЧ. У этих счастливчиков не хватает тридцати двух “букв” ДНК в гене, кодирующем белок CCR5, расположенный на поверхности белых кровяных телец – тех самых клеток, что образуют костяк иммунной системы. Белки CCR5 – класс элементов на поверхности клетки, на которые заякоривается частица ВИЧ на первых стадиях инфицирования. Описанная специфическая 32-буквенная делеция приводит к тому, что синтез молекулы белка CCR5 обрывается и она не выходит на поверхность клетки. Не имея рядом белка CCR5 для присоединения, ВИЧ не может заражать клетки.

У людей африканского и азиатского происхождения 32-буквенная делеция в гене CCR 5 практически не встречается, но она довольно значительно распространена у европейцев; 10–20 % европеоидов несут одну копию мутантного гена, а гомозиготы – те, у кого таких копий две, – полностью невосприимчивы к ВИЧ. Приблизительно от 1 до 2 процентов европеоидов по всему миру (большинство из них из Северо-Восточной Европы) посчастливилось иметь такой признак [201] K. Allers and T. Schneider, “CCR5Δ32 Mutation and HIV Infection: Basis for Curative HIV Therapy”, Current Opinion in Virology 14 (2015): 24–29. . Эти люди без полнофункционального CCR5 во всех остальных аспектах абсолютно здоровы и даже имеют меньший риск развития определенных воспалительных заболеваний [202] S. G. Deeks and J. M. McCune, “Can HIV Be Cured with Stem Cell Therapy?”, Nature Biotechnology 28 (2010): 807–810. ; нехватка указанного белка не приводит ни к каким побочным эффектам. Фактически единственный известный минус отсутствия белка CCR5 – повышенная восприимчивость к вирусу лихорадки Западного Нила [203] W. G. Glass et al., “ CCR 5 Deficiency Increases Risk of Symptomatic West Nile Virus Infection”, Journal of Experimental Medicine 203 (2006): 35–40. .