«Геном человека: от чтения к работе над ошибками»
О лечении генетических заболеваний
– Геном – это вся совокупность наследственного материала. В нем записана генетическая информация о том или ином организме – неважно, человек это или любое другое существо. Сейчас каталог генов человека насчитывает 19 тысяч нарушений, а его онлайн-версия обновляется каждую неделю. На 1 тысячу новорожденных выявляют 35–40 наследственных болезней, ежегодно в России рождается 180 тысяч детей с наследственными патологиями. Около 7 тысяч болезней определены как генетически обусловленные: их причины – изменение структуры ДНК, то есть мутации генов. Существующими методами вылечить генетические болезни нельзя – можно лишь немного облегчать состояние таких больных.
Например, дети с синдромом Ангельмана, или «синдромом Петрушки» (патология, связанная с генетической аномалией и характеризующаяся задержкой психического развития, нарушениями сна, припадками, хаотическими движениями, немотивированным смехом. – Прим. РИА «Воронеж»), не живут дольше полутора-двух лет. У людей с пигментной ксеродермой нарушена система репарации, то есть исправления ошибок ДНК, поэтому у них постоянно возникают мутации, ведущие к появлению злокачественных опухолей. Они не могут жить на свету – ультрафиолет для них смертельно опасен – и рано умирают. Люди с синдромом ускоренного старения (прогерией) могут стать стариками даже в девять лет. Их биологические часы начинают идти с ускорением, они умирают от старческих болезней: инсультов, инфарктов, атеросклероза.
Помимо генов, связанных с теми или иными болезнями, у человека обнаружено множество генов предрасположенности к заболеваниям, таким как язвенная болезнь желудка, сахарный диабет, бронхиальная астма, гипертония, атеросклероз, шизофрения и многим другим, а также зависимостям – например, к наркомании, алкоголизму, табакокурению, даже игромании. Исследования показали, что 5–6% от общего числа злокачественных опухолей также вызываются причинами наследственного характера.
О том, как ученые соревновались в чтении генома
– В 1988 году возникла идея полностью прочитать геном человека, то есть всю наследственную информацию, содержащуюся в нашей ДНК. Инициатором был лауреат Нобелевской премии Джеймс Уотсон. Благодаря ему началась работа над проектом, получившим название «Геном человека». Это был беспрецедентный международный проект, его финансирование составило 3,3 млрд. долларов, над ним работали лучшие генетики 150 исследовательских групп из шести стран мира. В 1989 году Россия тоже присоединилась к этим работам. В июне 2000 года в Вашингтоне, в Белом доме, прошла презентация чернового варианта генома человека – было прочитано 83%. Завершили прочтение к 2003 году. Почему так спешили? То был год юбилея одного из важнейших событий в истории биологии: за полвека до этого, в 1953 году, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик расшифровали структуру молекулы ДНК. К этому юбилею и хотели генетики полностью прочитать геном. Над его прочтением работали две конкурирующие группы. Первую возглавил руководитель международного проекта «Геном человека» Френсис Коллинз, вторую – владелец частной компании Celera Genomics Крейг Вентер, который исследовал геном на средства частных инвесторов. Каждый понимал, что тот, кто первым придет к финишу, навсегда впишет свое имя в историю науки. Свою работу они закончили одновременно.
Длина прочитанного генома человека составила 3 181 354 029 пар нуклеотидов (генетических «букв»). Для сравнения: «Война и мир» содержит 2 521 613 знаков. Нетрудно подсчитать, что величина генома человека – это 1262 экземпляра романа. Таков объем информации, записанной в ядре каждой клетки. И она была прочитана!
Немало неожиданного удалось узнать. Например, оказалось, что у человека насчитывается около 21 тысячи генов. Это очень скромная цифра. Раньше предполагали, что генов у нас не менее 100 тысяч. Среди них уникальных генов всего 45%, все остальное – повторяющиеся последовательности. К настоящему времени определены функции примерно 60% генов. Еще оказалось, что около тысячи генов – сравнительно «молодые», они появились недавно в результате удвоения исходных генов. А 40 генов за годы существования человека как биологического вида накопили мутации, сделавшие их неактивными, и «умерли». Есть в геноме и активно мутирующие гены – в каждом поколении насчитывается примерно 60 таких нестабильных генов.
О генной терапии будущего
– Когда был прочитан геном, стало понятно, что мы вступили в постгеномную эпоху, открывшую новые возможности и перспективы. В 2000 году Френсис Коллинз сделал такой прогноз: в 2010-м станут доступны генетическое тестирование и генная терапия 25 наследственных заболеваний; в 2020 году появятся лекарства на основе геномной информации; будет разработана генетическая терапия рака. Эти работы уже ведутся. По прогнозу Коллинза, к 2040 году здравоохранение полностью будет основано на геномике – персональной медицине, а предрасположенность к большинству заболеваний начнут определять еще до рождения человека. Болезни будут выявляться на ранних стадиях путем генетического мониторинга. Для многих заболеваний станет доступна генная терапия. Лекарства заменят продуктами генов, которые организм будет вырабатывать сам. Средняя продолжительность жизни человека в таких условиях достигнет 90 лет.
О лечении людей с помощью генной терапии
– Днем рождения генной терапии принято считать 14 сентября 1990 года. Именно тогда американский генетик Уильям Френч Андерсон начал лечение четырехлетней Ашанти де Сильва, которая страдала наследственным комбинированным иммунодефицитом. Заболевание было несовместимо с жизнью – ребенок, у которого разрушены иммунные механизмы, беззащитен перед любой инфекцией. Таких больных называют «дети в пузыре»: чтобы изолировать от инфекции, их помещают в специальный стерильный пластиковый бокс, куда подаются стерильный воздух, стерильная вода, стерильные продукты – словом, все, что попадало внутрь «пузыря», должно было тщательно дезинфицироваться. Но рано или поздно такие дети все равно погибают (дольше всех в «пузыре» прожил Дэвид Веттер, родившийся в США в 1970-е годы, – 12 лет). Ашанти стала первой пациенткой, которая успешно прошла генную терапию и излечилась. Сейчас ей более 30 лет, она родила здоровых детей. Этот метод впоследствии успешно использовали для лечения еще восьми «детей в пузыре», а также детей с лимфоцитарной лейкемией.
В 2011 году методом года была признана новая технология редактирования генома – CRISPR/Cas9. Этот метод можно назвать «молекулярной хирургией», поскольку он позволяет вносить точные изменения в ДНК в нужном месте, воссоздавая неповрежденный генотип. С помощью «криспера» можно вырезать мутантный ген, а на его место вставить нормальный аналог.
Какими еще способами можно исправлять мутантные гены? Сейчас разработан большой набор технологий. Например, можно ввести в клетку генетические конструкции со здоровым геном, а можно просто подавить работу мутантного гена с помощью специальных генетических конструкций. Нужный ген доставляют в нужное место самыми разными способами. Один из них – вирусные векторы: из вируса удаляют все «лишнее», вставляют нужный терапевтический ген и используют вирус как средство передвижения, доставляя ген в определенное место хромосомы. Можно использовать векторы невирусной природы (так называемые прыгающие гены) и другие конструкции – липосомы, микрохромосомы. Помимо биологических методов доставки существуют и физические – с помощью особой «генной пушки» и другие.
Все эти методы начали применять для терапии наследственных болезней. Так, в 2017 году в США удалось полностью вылечить двух детей с лимфоцитарной лейкемией с помощью генно-модифицированных клеток крови. Американские генетики также отредактировали ген, вызывающий гемофилию, и пациент исцелился.
В 2017 году весь мир облетело сообщение: в Калифорнии впервые в мире генетики провели успешное клиническое испытание по редактированию генома взрослого человека внутри его тела с помощью методики «цинковых пальцев». Пациент с синдромом Хантера (возникает в результате дефицита ряда ферментов, приводящего к накоплению в клетках белково-углеводных комплексов и жиров. – Прим. РИА «Воронеж») до этого перенес 26 операций. Теперь этот метод планируют применять и у детей, чтобы предотвратить необратимые изменения в организме, возникающие вследствие этой тяжелой болезни и укорачивающие продолжительность жизни втрое.
О редактировании генов эмбрионам
– В 2017 году в журнале Nature вышла статья американского биолога, нашего бывшего соотечественника Шухрата Миталипова. Он вошел в топ-100 ученых, изменивших мир к лучшему. После защиты кандидатской он уехал в США, где и работает все эти годы. Шухрат отредактировал дефектный ген на 11-й хромосоме, мутация в котором приводит к очень тяжелому заболеванию – гипертрофической кардиомиопатии. Он провел редактирование ДНК сперматозоида методикой «криспер» и оплодотворение in vitro, получив 42 здоровых эмбриона из 58, которые несли ген с исправленной «опечаткой». Однако их развитие было остановлено на 14-й день, поскольку эксперименты на эмбрионах после 14-го дня запрещены законом.
Это был, без сомнения, уникальный эксперимент, но настоящей сенсацией стала другая работа. В ноябре 2018 года китайский ученый Хэ Цзянькуй, выступая на саммите по редактированию генома в Гонконге, заявил, что успешно отредактировал геном эмбрионов человека – родились первые генетически модифицированные дети, устойчивые к ВИЧ. Условные имена девочек-близнецов – Нана и Лулу. Они носители мутантного гена, который делает их Т-лимфоциты (это важные клетки иммунной системы) невосприимчивыми к ВИЧ. Китайский ученый отредактировал ген CCR5, расположенный на третьей хромосоме человека. В эксперименте Хэ Цзянькуя участвовало несколько супружеских пар: ВИЧ-положительный мужчина и ВИЧ-отрицательная женщина. Целью работы было помочь детям таких родителей приобрести устойчивость к ВИЧ, чтобы впоследствии избежать СПИДа. Ученый использовал решение, уже существующее в человеческой популяции. Известно, что у некоторых людей ген CCR5 короче на 32 нуклеотида. Носители такой спонтанной мутации – около 1% европейцев, а чемпионы – поморы России, среди которых 3% имеют данную мутацию. Эта мутация делает носителей устойчивыми к заражению ВИЧ. Вот ее и воспроизвел Хэ Цзянькуй, редактируя геном «криспером».
Однако немало ученых сочли этот эксперимент преждевременным, опасным и неэтичным. Всемирная организация здравоохранения также заявила, что применение таких технологий в клинической практике недопустимо. Однако эксперты ВОЗ не наложили запрет на работы по редактированию генома эмбрионов, напротив, они намерены создать пакет законов, регламентирующих такую деятельность и делающих ее максимально прозрачной. Но правительство КНР отреагировало на эксперимент очень жестко. Лабораторию закрыли, а Хэ Цзянькуй был отправлен под арест. Ему грозила смертная казнь, но в итоге его приговорили к трем годам тюрьмы и штрафу 3 млн юаней (около 430 тыс. долларов). К лишению свободы и штрафу приговорили и двух его коллег. Также всем троим запретили пожизненно заниматься исследованиями, связанными с репродуктивными технологиями.
О редактировании генома в России
– В июле 2019 года в Nature вышла статья российского генетика, проректора по научной работе РНИМУ имени Пирогова Дениса Ребрикова, который отредактировал тот же ген CCR5 на стадии зиготы (оплодотворенной яйцеклетки). Он заявил, что российские генетики могут делать отредактированные эмбрионы, но пока не переносят их женщинам – еще не доказана безопасность технологии CRISPR/Cas9.
Вокруг эксперимента Ребрикова развернулась острая дискуссия. Одни поддержали ученого и заявили, что технологию редактирования генома надо развивать, так как она позволит вылечить больных с наследственными синдромами. Другие, в частности директор медико-генетического научного центра РАМН Сергей Куцев, предложили наложить мораторий на редактирование генома половых клеток и зародышей на ранней стадии развития – это опасно. В октябре 2019 года Минздрав поддержал точку зрения Куцева и заявил, что технология редактирования генома человека в клинической практике была бы преждевременна и безответственна, так как не изучены ее возможные осложнения.
О «дизайнерских детях» и генетическом паспорте
– Многие опасаются, что в мире могут появиться так называемые «дизайнерские дети»: человечество будет не просто редактировать геном для лечения наследственных заболеваний, а создавать детей «под заказ». Не секрет, что человеку свойственно ориентироваться на тенденции моды, поэтому очень вероятно, что будущие родители будут говорить, например: «Хочу дочку – блондинку с голубыми глазами». Однако такой подход снижает шансы на выживание человеческой популяции, ведь одна из основ выживания – разнообразие генов. Генная терапия не должна стать новой формой евгеники. И генетики это прекрасно понимают и осознают всю меру лежащей на них ответственности.
Уже много лет обсуждается проблема создания генетического паспорта населения – полного генетического досье. Нужен ли такой документ? С одной стороны, знание о наследственных синдромах и предрасположенностях очень важно. Но могут ли быть гарантии конфиденциальности такого досье? Ведь известны случаи взлома персональных данных. Представьте: вы приходите устраиваться на работу, а работодатель, просматривая ваше генетическое досье, может отказать вам в работе из-за выявленной предрасположенности к раку или психическим заболеваниям. Не приведет ли это к новой форме дискриминации – генетической? Вопрос непростой.
О ГМО
– Мы меняем гены в растениях со времен неолита. Уже тогда человек стал заниматься возделыванием дикорастущих растений. По сути, начал менять гены, то есть заниматься селекцией, но делал это вслепую, просто отбирая растения с более крупными семенами или вкусными плодами, высаживал их, потом вновь отбирал и так в течение множества поколений. Примерно также выводил новые сорта известный селекционер Иван Мичурин, используя гибридизацию и последующий отбор. В 1930-е годы генетики открыли, что рентгеновское излучение может вызывать мутации. Далее было показано, что можно получать мутации с помощью химических соединений – мутагенов. Так началась эпоха мутагенеза. Семена обрабатывали мутагенами, получали у них мутации, потом высевали и отбирали те экземпляры, несшие нужные признаки, – которые стали крупнее, в которых повысилась сахаристость и так далее. Следует сказать, что та пшеница, которой мы пользуемся сейчас, – печем хлеб, изготавливаем макароны, печенье и даже делаем просфоры – это сорта радиационного мутагенеза.
Но искать полезную мутацию у растений, обработанных мутагеном, – все равно что иголку в стоге сена. На помощь селекционерам пришли генетики. С помощью молекулярно-генетических технологий они научились ювелирно вставлять нужные гены, получая растения с заданными признаками. Организмы с генетически модифицированными признаками (ГМО) тщательно проверяют на разных тест-системах, набирая большую статистику, на большом числе поколений, с использованием различных лабораторных животных. Такие ГМО проверяют по 20 показателям, исследуя влияние на все системы органов человека, на мутагенез, канцерогенез, тератогенез (чтобы ГМО-сорта не вызывали уродств у эмбрионов).
С уверенностью можно сказать, что ГМО – это самые чистые, самые проверенные и самые надежные сорта. Лишь после того как будут проведены все проверки, подтверждающие, что никаких негативных эффектов не обнаружено, ГМО получают сертификат, позволяющий возделывать эти культуры и употреблять их в пищу. За почти 40 лет применения ГМО было выполнено более 1700 исследований в разных странах, на разных видах, разными исследовательскими группами. И ни в одной работе не выявлено никаких негативных эффектов. ГМО можно спокойно употреблять в пищу. Более того, если бы с такой же тщательностью проверяли сорта традиционной селекции, выращенные с зашкаливающим количеством нитратов, стимуляторов роста, гербицидов, пестицидов, прилавки наших магазинов опустели бы, потому что вся эта продукция «без ГМО» просто не прошла бы проверок. Ведь те «деревянные» невкусные помидоры, которые мы едим зимой, это вовсе не ГМО. Эти сорта получены методами традиционной селекции. Их выводят, чтобы снизить потери при транспортировке и хранении. Производителей не волнует, что они не имеют ни вкуса, ни аромата помидоров. Что же касается этикеток на некоторых товарах – «Не содержит ГМО», – то это ловкий маркетинговый ход, чтобы получать деньги за воздух, играя на необоснованных страхах людей перед новыми технологиями.
О едином генетическом языке
– В 1966 году ученые расшифровали генетический код. Выяснилось, что генетический язык един у всего живого на нашей планете. Бактерии, архебактерии, вирусы, животные, грибы, растения да и сам человек, говорят на одном генетическом языке. Удивительный факт! В этом языке, гармоничном и компактном, всего четыре буквы: «А», «Т», «Ц» и «Г» – по названиям азотистых оснований, которые входят в структуру ДНК (аденин, тимин, цитозин и гуанин). А каждое генетическое «слово» состоит ровно из трех букв, то есть наш генетический язык триплетный. И вот этим небольшим количеством знаков записана вся информация обо всех особенностях того или иного организма.
Теоретически генетический материал человека можно внедрить в геном другого вида, так как единство генетического языка это позволяет. Тогда получится химера – генетический гибрид. Но пока до этого не дошло – биоэтика и коллективный научный разум нужны для того, чтобы отслеживать подобные этические опасности и формировать моральные и юридические регуляторы подобной деятельности.
О преступном использовании стволовых клеток в косметологии
– Существуют две формы клонирования: терапевтическое и репродуктивное. Терапевтическое связано с тем, что мы клонируем клетки, в результате чего начинается развитие эмбриона, которое останавливают, согласно действующим правовым нормам, на 14-й день. В этот день происходит закладка первичной бороздки, из которой потом разовьется нервная трубка, а на ее переднем конце – головной мозг. То есть это начало развития нервной системы. И это некий пограничный рубеж, после которого запрещены все манипуляции на эмбрионах. В этот период эмбрион состоит из нескольких сотен так называемых стволовых клеток. Это особые клетки, каждая из которых может дифференцироваться в любую из 200 с лишним видов клеток нашего тела. Если стволовые клетки перенести в ту область мозга, которая погибла после инсульта, они начинают дифференцироваться в нейроны, которые берут на себя функции погибших клеток. Таким образом, эмбрионы, чье развитие остановлено на 14-й день, – это уникальный источник стволовых клеток, которые можно использовать для нужд медицины, геронтологии, даже косметологии.
В настоящее время эмбрион не считается ребенком, человеческим существом – нередко его лукаво называют «скоплением клеток», «преэмбрионом», «синтетическим эмбрионом». Эмбриональные стволовые клетки используют в косметических целях, для омоложения. Я считаю, что это глубочайшая степень нравственного падения.
Что касается репродуктивного клонирования – получения эмбриона с последующим его переносом в матку и рождением клона (как в 1997 году было с овцой Долли), – то на него во всем мире наложен мораторий.
О «вульгарной интерпретации» Дарвина
– Я уверена, что человек – это продукт эволюции. Но эта эволюция идет не по дарвиновским механизмам. Чарльз Дарвин нигде и никогда не говорил, что человек произошел от обезьяны. Это вульгарная интерпретация тех, кто не читал работу Дарвина «Происхождение человека и половой отбор» (1871). Я не сторонница дарвиновской модели эволюции, но это не значит, что эволюции как биологического феномена нет. В эволюционной биологии есть и другие концепции – и даже такие, которые вполне совместимы с христианским учением о творении нашего мира.
Когда ученые прочитали геном человека и тысяч других животных, в том числе шимпанзе, орангутана, оказалось, что у нас, Нomo sapiens, и шимпанзе 98% генов общие. Отличие очень маленькое. Но мы все-таки очень-очень разные. Что касается неандертальца, то, как показало прочтение его генома и сравнение с геномом нашего вида, то оказалось, что он нам не «эволюционный отец», как считали ранее. Это параллельная тупиковая ветвь, вымершая примерно 35 тыс. лет назад.
Сейчас слышны предложения: а не клонировать ли нам неандертальца? Думаю, что это чересчур. Даже если мы «соберем» его геном, то в чью яйцеклетку будем переносить его ДНК? В клетку человека нашего вида (других-то нет). А кто его станет вынашивать? Так же женщина – представительница нашего вида. Даже если вообразить, что все пройдет удачно и родится неандерталец (в чем я сильно сомневаюсь по очень многим причинам), кем он будет в нашем обществе? Мы отправим его в зоопарк? Или выпустим в дикую природу? Но его экологическая ниша занята нами. Словом, не все, что мы технически можем сделать, следует претворять в жизнь.
Кстати, в 1920–1930-е годы в сухумском обезьяньем питомнике советский биолог-животновод Илья Иванов, крупнейший специалист по искусственному осеменению, проводил рискованные эксперименты – пытался получить гибриды человека и высших приматов (шимпанзе, орангутанов). Зачем потребовались эти гибриды? Помимо теоретического интереса были и иные причины. После Гражданской войны стране были необходимы рабочие руки, которых не хватало. Человеко-обезьян можно было использовать для физически тяжелых работ на стройках социализма – валить лес, добывать уголь. Однако при осеменении трех самок шимпанзе человеческой спермой беременность не наступила. И тогда Иванов решил попытаться провести реципрокное скрещивание (с противоположным сочетанием полов). И нашлись комсомолки (их должно было быть не менее пяти), готовые осемениться спермой орангутана. Но и из этого ничего не вышло – единственный половозрелый самец умер до начала эксперимента. Да и чисто теоретически ничего не получилось бы – у нас с орангутангом разное количество хромосом: у человека их 46, у орангутанов – 48. Но в 1930 году изменилась политическая ситуация (тяжелые работы теперь выполняли сотни тысяч репрессированных), исследования Иванова закрыли, научный архив был уничтожен (или хранится в глубочайшей секретности), а самого ученого репрессировали и сослали в Казахстан, где он умер в 1932 году.
Эта история – яркая иллюстрация того, что технологии не должны опережать смыслы и вместе с технологиями должны расти и моральные регуляторы. А это задача биоэтики.
Источник: РИА «Воронеж»