Сэмюел Стернберг - Трещина в мироздании [litres]

Кроме того, существуют также стратегии доставки, вообще не задействующие вирусы. Используя новейшие достижения нанотехнологий – то есть технологий, работающих с субмикроскопическими размерами, – исследователи тестируют различные способы применения липидных наночастиц для транспортировки CRISPR по телу. Устойчивые к деградации и легкие в производстве, эти средства доставки имеют еще одно преимущество: они выпускают белок Cas9 и его направляющую РНК строго по дозам. Вирусы (и их груз – CRISPR) могут находиться в клетках долгое время, что, как я объясню дальше, может приводить к проблемам в процессе редактирования, а липидные наночастицы доставляют CRISPR таким образом, что он быстро действует до того, как его разберут “мусороперерабатывающие заводы” клетки.

Помимо разработки препаратов для лечения ряда генетических заболеваний, есть еще одна область биотехнологий, где CRISPR имеет все шансы совершить революцию. А сама эта область тоже вполне революционным образом меняет наш подход к исследованию и лечению одной из самых страшных болезней, известных человечеству, – к лечению рака.

Рак вызывается мутациями в ДНК, часть из которых унаследованы, а часть – накоплены в ходе жизни пациента. Поэтому кажется очевидным, что редактирование генома способно помочь вылечить рак или даже предотвратить его, убрав эти мутации до того, как они нанесут непоправимый вред. Но это не та область, в которую CRISPR вносит наибольший вклад, – по крайней мере, в настоящий момент.

В онкологии CRISPR не служит терапевтическим средством сам по себе, а играет роль инструмента, обеспечивающего работу существующих способов терапии. Он расширяет наше понимание биологии рака, а также ускоряет действие иммунотерапии, которая использует собственную иммунную систему пациента для борьбы со злокачественными опухолями. На обоих указанных фронтах CRISPR демонстрирует свою пригодность и в качестве еще одного оружия – и одного из мощнейших – в растущем арсенале нашей многолетней войны со страшным недугом.

Из всех вкладов CRISPR в медицину этот мне ближе всех. Даже если вы сами не болели раком, велика вероятность, что вы знаете кого-то, чью жизнь он испортил или оборвал. Если говорить о моей семье, то смерть моего отца от меланомы глубоко потрясла нас, и этот опыт привлек мое внимание ко множеству проблем, с которыми люди сталкиваются, когда имеют дело с этой болезнью. Рак – одна из наиболее частых причин смерти в Соединенных Штатах, уступающая только заболеваниям сердца. Хотя повышение эффективности ранней диагностики и лечения существенно повысили показатели выживаемости в последние десятилетия, смерти от рака по-прежнему являются ужасающей частью повседневности. В одних только США за год выявляют более полутора миллионов новых случаев рака, и полмиллиона людей погибает от рака каждый год [209] American Cancer Society, Cancer Facts and Figures 2016 (Atlanta: American Cancer Society, 2016). . Это больше полутора тысяч смертей в день.

Мутации в ДНК, связанные с раком, иногда наследуются; они также могут возникать спонтанно или вызываться употреблением табака или действием других канцерогенов. В последние десять лет или около того мы начали все чаще использовать секвенирование ДНК для создания каталога бесчисленных мутаций, отличающих раковые клетки от здоровых. Логика в том, что если эти мутации можно выявить, то возможно и создание лекарств, останавливающих действие любых генов, запускающих размножение (пролиферацию) клеток, уже прошедших злокачественное перерождение.

Но вот беда: у нас попросту слишком много информации. Действительно важные онкогенные мутации тонут в глубоком море “дополнительных”, которые сами по себе не меняют течение болезни. Вообще, один из характерных признаков рака – повышенная частота, с которой мутации ДНК закрадываются в геном, усложняя выявление именно тех мутаций, которые на самом деле играют важнейшую роль в образовании опухолей.

До CRISPR арсенал инструментов для изучения онкогенных мутаций был довольно ограниченным: ученые могли обнаружить и идентифицировать мутации в образцах живых тканей, взятых у пациентов в ходе биопсии, и изучить небольшое число конкретных мутаций на мышиных моделях. Но сейчас, когда у исследователей появилась возможность точно воспроизвести мутации, вызывающие рак, – по одной или по несколько сразу, причем за небольшую долю того времени, которое требовалось раньше, и гораздо дешевле, чем раньше, – исследования в области онкологии просто не могли не расцвести. Вместо скрупулезного выискивания клеток, мутировавших строго определенным образом (с эффективностью один к миллиону), или разведения мышей необходимых линий (на что требуются годы) ученые могут использовать CRISPR для эффективного внедрения мутаций всего за одно поколение. Эта способность позволяет ученым эффективнее выявлять генетические факторы, из-за которых клетки перестают отвечать на сигналы, в норме регулирующие их рост.

К примеру, в одном из исследований, проведенных Гарвардской медицинской школой, группа ученых под руководством Бенджамина Эберта хотела понять генетические причины острого миелоидного лейкоза [210] D. Heckl et al., “Generation of Mouse Models of Myeloid Malignancy with Combinatorial Genetic Lesions Using CRISPR-Cas9 Genome Editing”, Nature Biotechnology 32 (2014): 941–946. , рака белых кровяных телец [211] В рамках русскоязычной медицинской терминологии лейкоз нельзя называть раком. В узком смысле слова рак – это злокачественная опухоль эпителиального происхождения, а клетки крови к эпителию не относятся. . Запрограммировав CRISPR на редактирование различных генов – для каждого из них использовали свою соответствующую направляющую РНК, – они сумели нокаутировать восемь кандидатных генов. Такое множественное редактирование генома раньше невозможно было представить, но с CRISPR оно стало простым. После редактирования генов в стволовых клетках крови во всех возможных сочетаниях и последующего их возврата в организм живых мышей исследователи некоторое время ждали – смотрели, у кого из животных все-таки разовьется острый лейкоз (вариант обратного применения технологии ex vivo ). Затем, сравнивая результаты этого эксперимента с тем, что получалось на мышах, которым определенные гены “выключили” посредством CRISPR, группа Эберта определила точное сочетание мутаций, необходимое и достаточное для развития лейкоза. Подобные опыты бесценны для прогресса в исследовании рака у человека.

Способность редактировать множество генов сразу – одна из ключевых характеристик CRISPR. Процедура настройки CRISPR таким образом, чтобы он научился нацеливаться на новую 20-буквенную последовательность в геноме (в отличие от аналогичной процедуры для технологий, предшествовавших CRISPR), достаточно проста, чтобы ее освоил старшеклассник, – более того, можно даже запрограммировать на ее выполнение компьютер. Сейчас исследователи используют методы вычислительных наук и редактирование генов, чтобы проникнуть в глубины генома в погоне за новыми генами, которые ассоциируются с раком и о которых у ученых пока нет никакой информации.