Бретт Кинг - Эпоха дополненной реальности

При этом использование методов прикладной геномики [263] Геномика – раздел генетики, изучающий законы и механизмы функционирования генома и генов. – Примеч. пер. – лишь одна из множества возможностей для создания реально работающей модели персонифицированной медицины. Жизненно важным будет обеспечение доступа медиков к исчерпывающему массиву данных о вас и вашем здоровье, – учитывая медицинский, семейный и наследственный анамнез, все места вашего проживания с указанием точных сроков, воздействий окружающей среды, которым вы регулярно подвергаетесь, все результаты ранее бравшихся у вас анализов, предыдущие реакции вашего организма на различные лекарства и множество другой информации подобного рода. Эти данные будут просто необходимы для целенаправленной и безошибочной диагностики вашего состояния или заболеваний и точного выбора лекарств нацеленного действия. Для успешного повсеместного распространения практики персонифицированной медицины, скорее всего, потребуется открыть врачам общий доступ к централизованным базам данных электронных историй болезни граждан.

Если же вас не устраивает перспектива разглашения медикам данных об имевшихся у вас проблемах со здоровьем, прошлых местах жительства и работы, пройденных курсах лечения и т. п., готовьтесь с этим смириться или отказаться от возможности полноценного лечения, поскольку медицина будущего – это прежде всего генетический анализ, сенсорные датчики и базы данных.

Если вам хочется понять, как именно работает генная терапия и чем она дополняет нашу наследственную биологию, попробуйте мысленно уподобить свой генетический код компьютерной программе. В ваши ДНК вшиты всевозможные командные строки, которые в совокупности и определяют то, чем вы являетесь. И если в наследство от родителей или прародителей нам досталась ДНК, кодирующая недостаточно высокую выработку какого-либо белка, или с генами каких-либо системных нарушений, или с нехваткой генов, препятствующих другим болезням, то мы с высокой вероятностью можем ждать развития наследственно обусловленного заболевания. Если мы научимся «редактировать» этот код и вставлять его обратно в ДНК в «отремонтированном» виде и на правильное место в цепочке, – значит, мы восполнили генетический пробел или, выражаясь более простым языком, исправили ошибку.

Системы редактирования геномов CRISPR/Cas9 и TALEN

В 1987 году биологи обнаружили у бактерий естественный защитный механизм от встраивания вирусов в цепочки ДНК. А в 2000–2002 годах ученые к тому же установили, что бактерия не ограничивается защитной реакцией, а контратакует вторгшийся вирус, перерабатывая и расщепляя его ДНК на составляющие. Этот иммунитет получил название CRISPR – сокращение от английского «clustered regularly interspaced short palindromic repeats» («короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами»).

В период с 2009 по 2012 год исследовались возможности CRISPR разрезать вирусную ДНК белками иммунной системы бактерий. Так был открыт белок Cas9 (сокращение от «CRISPR associated protein 9» – «CRISPR-ассоциированный белок 9»). Он представляет собой не просто белок, а эндонуклеазу то есть фермент, способный вносить в ДНК точечные разрезы. В структуре Cas9 имеются два активных участка (HNH и RuvC), играющих роль биохимических «ножниц» для обеих нитей ДНК. К 2012 году была выработана гипотеза, согласно которой нуклеазу Cas9 можно использовать в качестве инструмента редактирования генома в рамках генной инженерии клеточных культур человека с целью идентификации и вырезания из геномной последовательности участков, программирующих предрасположенность человека к развитию различных наследственных заболеваний, включая болезни Паркинсона и Альцгеймера, диабет, наследственно обусловленные онкологические заболевания (такие, как рак молочной железы), некоторые формы иммунодефицита и т. д. В наши дни исследования в области генной терапии уже перешли в практическую плоскость и сфокусированы на разработке прикладных методов лечения моногенных (то есть обусловленных одним геном) заболеваний.

Технология CRISPR/Cas9 позволяет не только вырезать из ДНК участки, но и вставлять на их место новые последовательности нуклеотидов. Ученые используют искусственно модифицированные вирусы или плазмиды [264] Плазмиды – небольшие молекулы ДНК, физически отдельные от геномных хромосом и способные реплицироваться автономно. В природе плазмиды встречаются у бактерий, реже у архей (древнейшие безъядерные одноклеточные, в том числе метаногенные) и некоторых эукариот (наиболее сложные по структуре организмы, характерной особенностью которых является наличие у клетки ядра), и представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы. Часто они содержат гены, повышающие устойчивость бактерии к неблагоприятным внешним факторам (в том числе устойчивость к антибиотикам) и способны передаваться от одной бактерии к другой в ходе горизонтального переноса генов. – Примеч. пер. , встраивая их в последовательность ДНК. Инициированный группой ученых Калифорнийского университета в Сан-Франциско проект ставит своей целью использовать технологию CRISPR/Cas9 для вырезания вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) из ДНК Т-лимфоцитов. При проникновении ВИЧ-инфекции в кровь вирус поражает Т-лимфоциты, играющие ключевую роль в поддержании иммунитета, внедряясь в структуру их ДНК. По мере совершенствования процедуры редактирования клеточного генома с использованием нуклеазы Cas9 исследователям уже удалось [265] См.: Schumann, et al. Generation of knock-in primary human T cells using Cas9 ribonucleoproteins // PNAS. – 2015. – Примеч. науч. ред. успешно отредактировать пораженные ВИЧ гены CXCR4 и PD-1 Т-лимфоцитов, заменив их донорскими генами, взятыми из здоровых клеток. Ранее для поддержания иммунитета ВИЧ-инфицированных пациентов использовались модифицированные стволовые клетки Т-лимфоцитов, взятые у здоровых доноров. Теперь случился настоящий прорыв – и исследователям впервые удалось удалить ВИЧ как таковой из уже инфицированных Т-клеток. Альтернативный метод генной терапии успешно апробирован [266] См.: Kaminski, et al. Elimination of HIV-1 Genomes from Human T-lymphoid Cells by CRISPR/Cas9 Gene Editing // Scientific Reports. – 2016. – Примеч. науч. ред. в Филадельфии, где ученые научились подавлять распространение вируса в крови ВИЧ-инфицированных пациентов за счет удаления из геномной последовательности их Т-лимфоцитов белка CCR-5 – также методами генной терапии.

В марте 2015 года китайские ученые объявили [267] См.: Liang, et al. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes // Protein & Cell. – 2015. – Примеч. науч. ред. об успешном применении технологии CRISPR/Cas9 для исправления гена, обусловливающего развитие β-талассемии, потенциально смертельного наследственного заболевания крови [268] Выражается в нарушении синтеза гемоглобина и, как следствие, развитии тяжелой анемии. – Примеч. пер. , у нежизнеспособных человеческих эмбрионов. В ходе этого эксперимента 86 зиготам были сделаны инъекции, а спустя 48 часов были повторно замерены показатели их жизнеспособности. Этого было достаточно, чтобы система CRISPR/Cas9 заменила дефектную ДНК, чтобы нормальный код начал работать, а эмбрионы начали деление вплоть до размера в восемь клеток. Из 86 эмбрионов процедуру перенес 71, из них 54 были подвергнуты генетическому анализу. Оказалось, что правильные разрезы в ДНК были внесены только у 28 эмбрионов, а замена гена на нормальную копию прошла лишь в нескольких.