Редактирование генома эмбрионов

Анна Уткина, Константин Северинов, «Православие и Мир» 

Министерство здравоохранения Великобритании выдало первое разрешение на редактирование генома эмбрионов человека в исследовательских целях. О том, что это такое и зачем, рассказывает Константин Северинов, специалист в области молекулярной биологии (регуляция транскрипции генов бактерий), профессор Ратгерского университета (Нью-Джерси, США), заведующий лабораториями в Институте молекулярной генетики РАН и Институте биологии гена РАН.

– Что такое редактирование генома эмбрионов человека, зачем проводятся эти исследования, какова их цель?

– Редактирование генома человека – это новая технология, которая возникла вскоре после того, как были открыты защитные системы под названием CRISPR-Cas, с помощью которых бактерии борются с вирусами. Эти системы состоят из РНК и белковой части, при этом нуклеиновая кислота, малая РНК, направляет белок к строго соответствующему ей месту ДНК, а белок расщепляет обе цепочки ДНК в месте узнавания.

Оказалось, что эта система, созданная эволюцией для борьбы бактерий с вирусами, может использоваться как программируемая система внесения направленных раскусов [разрезания – ВМ] в молекулы ДНК в клетках любого организма.

Идея такая: вы вводите бактериальный белок Cas9 в клетку интересующего вас организма, и CRISPR РНК, которая соответствует интересующему вас участку ДНК, гену этого организма. Белок Cas9, «направляемый» молекулой РНК, находит соответствующее этой РНК место в ДНК и расщепляет его.

Больше ничего не требуется. Потому что клетки высших организмов, в частности наши с вами, содержат два набора хромосом от папы и от мамы, и каждый ген, следовательно, присутствует в двух копиях. И если в одной копии произошел разрыв молекулы ДНК, она «автоматически» залечится по здоровой копии.

Поэтому, если представить ситуацию, что одна копия гена не очень «хорошая», там какая-то мутация, то есть изменение последовательности ДНК, а другая – нормальная, то с помощью CRISPR/Cas9 технологии (редактирования генома) можно внести раскус в плохую копию гена (просто соответствующую CRISPR РНК применить, для того чтобы запрограммировать Cas9 белок связаться именно с копией гена с измененной последовательностью ДНК), и после того как в эту ДНК будет введен раскус, клетка уже сама по себе, без всякого дополнительного воздействия, залечит его, используя в качестве матрицы «хорошую» копию. При этом произойдет редактирование – «плохая» последовательность ДНК с мутацией, приводящей к какому-либо дефекту, окажется замененной на функциональную.

Редактирование генома человека никакой особой технической сложности по сравнению с другими не представляет. CRISPR/Cas9 технология общая и позволяет редактировать клетки любых организмов – дрожжей, растений, животных и, конечно, человека.

Зачем делать такие исследования? Очень многое «записано» в генах, в частности разнообразные генетические заболевания или предрасположенность к ним.

Если почему-то две копии какого-то важного гена в оплодотворенной яйцеклетке – и от папы, и от мамы – окажутся дефектными, то это приговор: разовьется или тяжело больной человек, которого нельзя вылечить, или вообще развитие прекратится внутриутробно, произойдет выкидыш. Все клетки такого организма несут мутацию, не имеют здоровой копии гена.

С другой стороны, вредные мутации могут появляться в течение жизни в клетках отдельных тканей. Рак, например, – это в целом не наследственное заболевание, просто в ходе жизни мы накапливаем мутации, и некоторые из них приводят к различным поражениям в некоторых наших тканях, в частности к раку.

Тем не менее, болезни, имеющие генетическую подоплеку, в идеале можно с помощью технологии редактирования генома полностью вылечить – просто заменить испорченный текст гена на нормальный в определенных клетках.

– Почему манипуляции с геномом человеческих эмбрионов запрещены в 15 из 22 западноевропейских стран? Какие есть соображения «за» и «против»?

– Дебаты по поводу этических норм работы с эмбрионом или эмбриональными клетками возникли еще в конце прошлого века в связи с развитием технологии эмбриональных стволовых клеток, а еще раньше – при введении в широкую практику ЭКО. На философском/религиозном уровне всё сводится к вопросу: когда у человека зарождается душа?

 Ведь эмбрион может развиться в человека. Когда наступает момент, после которого он – личность?

Если делать какие-то опыты на эмбрионе, а потом подсадить этого эмбриона суррогатной матери и рождается человек, личность, то можно себе представить целый ряд проблем, которые потом возникнут. Ведь никто не спрашивал его мнения и разрешения, когда «над ним» ставились опыты. И как гарантировать безопасность этих опытов – непонятно. И кто несет ответственность за него, если возникли какие-то проблемы, или, например, он заявляет, что вовсе и не против был бы быть больным.

Сходная проблема с клонированием. Если клонировать кого-то, то это будет тот же человек или другой? Сейчас используют генетическое определение личности, а значит, клон будет абсолютно идентичен исходному с точки зрения, например, судебной? В общем, возникает масса интересных проблем.

Соответственно, опыты на человеческих эмбрионах запрещены. Например, в Соединенных Штатах во времена Джорджа Буша было запрещено федеральное финансирование, то есть выделение грантов на исследования по эмбриональным стволовым клеткам человека, сейчас запрет сняли, но имеется серьезное регулирование.

Но также нужно понимать, что в конечном счете ученые занимаются исследованиями и тратят деньги налогоплательщиков именно для того, чтобы излечивать болезни и обеспечивать всем долгую и счастливую жизнь. Совершенно очевидно, что у людей есть масса проблем, болезней, физических поражений, дефектов, связанных с эмбриональным развитием и из-за этого – масса покалеченных судеб. Но если на стадии эмбриона вмешаться и изменить какие-то гены, можно будет, наверное, все эти проблемы решить. Дело это очевидно благое, и так же, как с ЭКО, введение редактирования в практику – лишь вопрос времени.

– В чем отличие технологии редактирования генома отдельных (соматических) клеток, например, клеток сетчатки или стволовых клеток, от редактирования генома эмбриона как целого?

– В технологии никакой разницы нет. При наличии некоторого опыта в молекулярно-генетическом ремесле всё это можно сделать как с отдельными клетками, так и с эмбрионом. Просто из эмбриональной клетки может развиться целый организм, а из клетки соматической после генетической модификации формально целый организм развиться не может. Но, с другой стороны, можно из редактированных соматических клеток сделать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, а из них прийти к тому же самому, то есть организму с редактированным геномом.

– Есть ли опасность, что изменения коснутся также линии половых клеток и, следовательно, будут передаваться в поколениях?

– Почему «опасность»? Когда мы решаем размножаться, то, имея при этом половину генов от папы и мамы, передаем эмбриону в своих половых клетках – женщина в яйцеклетке, а мужчина в сперматозоиде – некую случайную комбинацию разнообразных генов и от папы, и от мамы. В итоге мы отдаем потомству половину всей генетической информации, которая у нас есть, но эта «половина» всегда разная, каждый сперматозоид или яйцеклетка совершенно уникальны с генетической точки зрения, набора вариантов копий генов. Почему, собственно говоря, и происходит ситуация, когда в одной семье может быть один ребенок больной, а второй здоровый, несмотря на то, что генетически, казалось бы, родители у них одни и те же, просто являются носителями какого-то заболевания.

Эмбрион развивается из единственной клетки – оплодотворенного яйца, из него развиваются несколько триллионов клеток, которые составляют вас или меня, включая половые клетки. Конечно, если на стадии эмбриона что-то изменить, то изменения будут везде.

– Пока исследования проводятся с «лишними» эмбрионами, которые получают, но не используют в ходе процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), но могут ли ученые всерьез говорить о возможности проведения исследования на людях, в каких случаях может возникнуть потребность в подобном вмешательстве?

– Технологии редактирования генома будут развиваться не только для эмбрионального редактирования. Например, сейчас людей, которые заболевают лимфомой, сначала облучают, а потом ищут донора, чтобы подсадить им костный мозг взамен уничтоженных пораженных кроветворных клеток. Иммуносовместимых доноров искать долго и сложно. А при технологии, когда берутся стволовые кроветворные клетки пациента, редактируются (то есть изменяется генетическая ошибка с помощью CRISPR/Cas9 технологии), а потом размножаются и вводятся человеку обратно, но уже не содержат мутацию, проблема донорства и совместимости полностью решается. То же самое справедливо для некоторых других форм рака, а также для гемофилии, талассемий…

 Основная проблема в том, что сейчас сложно гарантировать абсолютную точность редактирования.

И опыты, которые, в частности, проделали китайцы на ранних эмбрионах человека, показали, что кроме «вылечивания» нужного места, индуцируются мутации в других местах, потому что РНК-белковый комплекс CRISPR/Cas9 делает ошибки и узнает (и раскусывает) не только те участки, куда вы хотите его направить. Это вопрос улучшения технологии, специфичности, который сейчас решается.

А трансгенных животных с помощью этих CRISPR/Cas9 технологий уже делают без проблем. Технически, с точки зрения молекулярного биолога, что свинья, что человек – никакой разницы. Недавно, например, сделали свинью, из генома которой убрали все вирусы, которые там всегда есть и могут иногда активироваться. Так как свиней скоро, возможно, начнут использовать как фабрику органов для людей, потому что свиньи похожи на нас, то вирусы, которые есть у них в геноме надо убрать, чтобы предотвратить возможность их передачи людям. И этих хрюшек получили методом CRISPR/Cas9. Так что вопросы исследований на людях – чисто регуляторные, а не технические.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

05.02.2015