Ученые отредактировали гены у смертельно больных пациентов

Что такое CRISPR

Можно сказать, что эту технологию, за которую в прошлом году была присуждена Нобелевская премия, нашли случайно. В 1987 году японские ученые обнаружили в ДНК кишечной палочки Escherichia coli необычные повторяющиеся последовательности, зачем они нужны были, тогда никто не понял. Их позже назвали Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeat — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами, коротко — CRISPR.

И только в 2007 году стало понятно, что CRISPR — часть иммунной системы бактерий. До этого никто не подозревал о том, что у бактерий она вообще есть. Оказалось, что работает она примерно так же, как у нас антитела или Т-клеточный иммунитет. У бактерий тоже есть иммунная память, — когда бактерия обнаруживает вирус, то разрезает его ДНК на кусочки и сохраняет их внутри последовательностей CRISPR и так запоминает «пришельца». И когда вирус снова попадает в бактерию, она производит белки Cas9, которые режут ДНК нежданного гостя там, куда их направляет гид — фрагмент РНК. Белок Cas9 называется нуклеаза, потому что он режет нуклеиновые кислоты, то есть, это белок-ножницы, он просто разрезает генетический материал вируса. Десять лет назад ученые обнаружили, что белок Cas9 можно обмануть, дав ему искусственную РНК. Cas9 режет ДНК в том месте, куда его направит вот этот кусочек РНК-гида. Технически это выглядело так, словно Cas9 может редактировать наши гены. Через пару лет, в 2013 году, это подтвердилось: CRISPR/Cas9 успешно протестировали на клетках мышей и человека.

Уникальность этой системы состоит в том, что мы режем именно там, где мы хотим. Можно активность Cas9 направить именно на определенный участок, который не будет повторяться, и в этом вся сила этой методики. Уже начиная с 2013 года технологию CRISPR/Cas9 начали использовать в молекулярной биологии, потому что нам очень нужны были такие точечные, таргетные технологии для того, чтобы изменять или отключать какой-то ген. В том числе в своей диссертации я использовала CRISPR/Cas9 на клетках и на животных для того, чтобы отключать определенные гены.

В своей работе я замечала, что иногда происходят не те изменения, которых мы ждем. Даже то, как клетки выглядят потом, это тоже меняется. Это пока что не панацея, но уже давно начались исследования на клетках человека, на человеческих эмбрионах, в лабораторных условиях ученые давно над этим работают. Один из пионеров этого направления — биолог казахстанского происхождения Шухрат Миталипов. Ученый, которого журнал Nature в 2013 году назвал «главным по клонированию» и одним из 10 самых влиятельных ученых в мире, стал первым исследователем, который использовал CRISPR/Cas9 для модификации человеческого эмбриона в 2017 году.

Однако не все эксперименты происходят по стандартам этики. Незадолго до начала пандемии разгорелся скандал, связанный с редактированием генов при помощи этой технологии. В 2018 году в Китае родились близнецы Лулу и Нана, родителям которых ученый Хэ Цзянькуй предложил услуги ЭКО и заодно отредактировал у зародышей ген CCR5 — для устойчивости к вирусу ВИЧ. Ученого приговорили к трем годам и выплате солидного штрафа.

Как CRISPR «отключил» амилоидоз

Теперь же перейдем к последнему обнадёживающему клиническому испытанию. Ученые взяли шесть человек, находящихся в терминальной стадии из-за транстиретинового амилоидоза, и применили CRISPR Cas9.

Это заболевание, при котором накапливается какое-то количество неправильного белка. Получается, что у нас есть ДНК, — наша генетическая информация, она хранится в очень дорогой книге рецептов, которую мы лишний раз не берем на кухню, чтобы не замарать. И вот нам понравился в этой книге рецепт шоколадного торта, но мы не берем книгу на кухню, а переписываем рецепт. Так и часть ДНК (один ген) мы переписываем в РНК, потому что у нас не происходит постоянно синтез всех белков на свете, у нас огромное количество генов, они все не работают одновременно. И этот листочек с рецептом — это РНК. И потом по этому листочку мы готовим блюдо, а блюдо — белок. И получается, что на каждый ген у нас есть белок, но что происходит, когда у людей возникает амилоидоз? У них ошибка в «рецепте». Белок неправильной формы, и агрегаты этого белка начинают накапливаться в органах, в данном случае — в печени. Из-за этого человек может умереть.

Ученые из Intellia Therapeutics (Кембридж) и Regeneron (Тэрритаун, штат Нью-Йорк) взяли шесть человек, находящихся в терминальной стадии из-за транстиретинового амилоидоза, и отключили у них ген TTR при помощи Cas9 и РНК-гида.

РНК, кодирующая белок Cas9, и РНК-гид, который его направляет, были упакованы в липидные наночастицы. Важно, что эта липидная наночастица дошла до печени, попала в необходимые клетки и отключила этот ген.

Это идет в параллельном развитии с теми же РНК-вакцинами, потому что с РНК-вакцинами тоже была похожая проблема — как доставить РНК в целости и сохранности до клеток для того, чтобы она стала вакциной и стала действовать. Молекулы РНК очень хрупкие, потому что у нас много ферментов, которые могут их сразу же расщепить и уничтожить. Эта нанолипидная частица их защищает и доставляет этот комплекс в клетки для того, чтобы он начал действовать.

Почему эта новость так всех взбудоражила? Потому что внедрение комплекса CRISPR/Cas9 произошло через кровоток. Раньше в основном подход состоял в том, что мы брали клетки больного человека, изменяли их с помощью CRISPR и потом эти же клетки обратно переливали в кровь. Этот метод подходит в основном для онкозаболеваний и болезней крови.

Из кровотока весь этот комплекс в виде РНК дошел в целости и сохранности до печени и там начал свое действие. Это обнадеживающе, но, с другой стороны, это опасно. Раньше ученые так не рисковали, но, видимо, сейчас у них уже есть данные о безопасности, чтобы начать клинические исследования. Здесь надо понимать, что с точки зрения безопасности, когда мы говорим об этике подобных исследований, — такого рода терапии применяются только у людей, которым реально нужно лечение, находящимся в терминальной стадии. Необходимо уточнить, что это исследование довольно маленькое в плане выборки — в нем участвовали только шесть человек, у которых нет никаких надежд на выздоровление. Именно таким образом должны проводиться исследования с подобного рода генетическими технологиями, потому что мы еще вообще очень мало понимаем риски.

За этими пациентами будут следить в течение года. Сейчас у нас есть информация о том, что прошло два месяца и им становится намного лучше. В таких исследованиях даже продление жизни на несколько месяцев является результатом. Даже несколько месяцев жизни помогают нам понять, как работает это заболевание. Здесь мы говорим не просто об излечении нескольких пациентов, а именно о понимании того, как мы можем влиять на подобные заболевания. В этом плане исследование очень важное, скорее всего, оно приведет к развитию изучения подобных методов лечения. У нас есть целый список болезней, по которым можно такую технологию использовать. Например, компания Intellia сейчас работает над тем, чтобы разработать на этой основе метод лечения серповидно-клеточной анемии, Editas Medicine тестирует его на людях, у которых наследственное заболевание, вызывающее слепоту.