Сэмюел Стернберг - Трещина в мироздании [litres]

Какая-то нецелевая активность всегда неизбежна (и поэтому в инструкции к любому лекарству есть пункт о побочных эффектах), но если речь идет о редактировании генома, то эти побочные эффекты могут быть особенно опасными. В конце концов, побочные эффекты от лекарства обычно проходят, когда пациент прекращает его прием, – однако в случае редактирования генома любая нецелевая последовательность ДНК, будучи однажды отредактирована, изменится необратимо. Непреднамеренные изменения ДНК не только сохраняются навсегда, но и будут скопированы в каждую клетку-потомка изначальной клетки. И хотя большая часть случайных изменений вряд ли нанесет повреждения клетке, но – если мы правильно понимаем результаты исследований некоторых разновидностей рака и других заболеваний, – даже одной мутации может быть достаточно, чтобы нанести серьезный ущерб организму.

К счастью, нецелевые правки ДНК, внесенные CRISPR (как и другими технологиями редактирования генома), чаще всего весьма предсказуемы, поскольку они появляются только в последовательностях ДНК, наиболее сходных с соответствующей направляющей РНК. Если CRISPR запрограммирован на обнаружение 20-буквенной последовательности в гене X , но ген Y содержит сходную последовательность, отличающуюся лишь на одну “букву”, есть определенная вероятность, что CRISPR внесет правки в оба гена. Чем меньше две последовательности похожи друг на друга, тем ниже вероятность появления нецелевых мутаций.

Исследователи уже начали искать окружные пути, позволяющие обойти эту потенциальную трудность. Во многих лабораториях были написаны компьютерные алгоритмы, автоматически проверяющие состоящий из трех миллиардов “букв” человеческий геном: сколько его участков несут в себе последовательность, близкую к той, которую собираются отредактировать ученые. Если число нецелевых последовательностей ДНК, которые могут быть затронуты, слишком велико, то исследователь при помощи алгоритма сможет выбрать в качестве мишени другой участок (во многих случаях ученые могут редактировать один и тот же ген, выбрав из нескольких близко расположенных последовательностей ДНК). Впрочем, недостаток этого подхода в том, что компьютерный алгоритм – независимо от того, насколько хорошо он написан, – не всегда может успешно предсказать нецелевые правки.

Эти “известные неизвестные” заставили исследователей прибегнуть ко второй стратегии: по умолчанию исходить из того, что не известно вообще ничего. Они полагают, что каждая версия CRISPR неизбежно продемонстрирует нецелевые эффекты и единственный способ обнаружить их – сначала просто провести эксперимент, а затем уже разыскивать новые мутации в местах, где их не должно быть. Вместо предсказаний на основе компьютерных вычислений эта стратегия предполагает простую эмпирическую проверку. Прежде чем выбирать последовательность ДНК для редактирования у пациентов, ученые в рамках этой стратегии проводят исчерпывающую проверку нескольких близких последовательностей ДНК в культуре клеток, определяют, какие из них дадут наименьшее количество нецелевых “срабатываний” CRISPR, и только потом – когда определится “победитель” – приступают к клиническим испытаниям.

Существует и третья стратегия избегания потенциальных нецелевых мутаций, и в ней ученые уже добились значительных успехов: настройка CRISPR таким образом, чтобы он четко отличал целевую ДНК от других. К примеру, удалось успешно расширить последовательность нуклеотидов ДНК, которую CRISPR требуется распознать, уменьшив вероятность несовпадений, – нечто подобное вы делаете, удлиняя пароль, чтобы снизить вероятность, что кто-нибудь его подберет. За счет одного лишь изменения оригинальной версии белка Cas9 в нескольких различных местах – замены одних аминокислот на другие – исследователи, в том числе Кит Джоунг из Гарвардской медицинской школы и Фэн Чжан из МТИ, разработали высокоточные версии CRISPR [219] F. Urnov, “Genome Editing: The Domestication of Cas9”, Nature 529 (2016): 468–469. , менее склонные к нецелевому редактированию генома, чем версия той же системы, созданная самой природой.

Наконец, размер введенной дозы CRISPR влияет на вероятность появления в геноме непредвиденных мутаций. В целом чем больше молекул Cas9 и направляющей РНК получает клетка и чем дольше они в ней находятся, тем выше вероятность, что CRISPR обнаружит близкие, но все же иные последовательности и внесет нецелевые правки. Фокус в том, чтобы ввести в клетки ровно столько CRISPR, чтобы он отредактировал только нужные фрагменты ДНК, и не более того.

Оттачивая этот метод в лаборатории, исследователи продолжают работу, дабы убедиться, что CRISPR можно безопасно вводить пациентам. Если достигнутое ими что-нибудь значит, то пройдет не слишком много времени, прежде чем точность этой молекулярной машины станет приемлемой для ее применения в клинике – а не только в лаборатории.

Технология CRISPR появилась всего несколько лет назад, но уже сейчас непросто найти заболевание, которое не предлагали лечить с ее помощью. Помимо рака, ВИЧ-инфекции и уже упомянутых генетических заболеваний, быстрый поиск по опубликованным научным статьям выдает непрерывно растущий список болезней, потенциальные методы избавления от которых были разработаны с помощью CRISPR: ахондроплазия (карликовость), хронический гранулематоз, болезнь Альцгеймера, врожденная тугоухость, боковой амиотрофический склероз (БАС), высокое содержание холестерина в крови, диабет, болезнь Тея – Сакса, заболевания кожи, синдром ломкой X -хромосомы и даже бесплодие. Практически во всех случаях, когда конкретную мутацию или дефектную последовательность ДНК можно связать с патологией, CRISPR в принципе может обратить мутацию или заменить поврежденный ген на “здоровую” последовательность нуклеотидов.

Благодаря легкости, с которой CRISPR находит и “чинит” любую последовательность ДНК, этот инструмент часто называют “прорывом, благодаря которому болезни исчезнут с лица Земли”. Но не все так просто. Существует множество недугов – от аутизма до болезней сердца, – у которых нет четко выраженной генетической подоплеки или же они вызваны сложным сочетанием генетических факторов и условий окружающей среды. В этих случаях редактирование генома не слишком поможет. Кроме того, даже если редактирование генома способно “починить” ДНК в культурах клеток человека, пройдут годы, прежде чем его эффективность (или неэффективность) будет показана в клинике. А несколько успешных клинических испытаний (в комбинации с иммунотерапией рака и в лечении ВИЧ) еще не гарантируют, что на этом пути будут достигнуты и дальнейшие успехи.

Более ранние технологии генной инженерии, включая генную терапию и РНК-интерференцию, тоже (как впоследствии CRISPR) превозносились как знаковые прорывы, которым суждено полностью преобразить медицину, – однако сотни неудачных клинических испытаний заметно охладили этот энтузиазм. Я не говорю, что нас ждет аналогичный “холодный душ” и в случае редактирования генома, я лишь напоминаю, что важно отличать ажиотаж от реалистичных ожиданий, методических исследований и тщательно проведенных клинических испытаний. Только при этом условии мы будем уверены, что первая волна средств CRISPR-терапии имеет максимальные шансы на успех и минимальный риск опасных побочных эффектов.