Текст книги "Трещина в мироздании"

Тем не менее идея Крайтона не так уж далека от реальности. Подобную тактику в отношении шерстистых мамонтов разрабатывает команда гарвардских ученых под руководством Джорджа Чёрча. В их распоряжении есть полностью секвенированный в высоком качестве геном мамонта, полученный от ДНК двух особей, живших где-то от 60 до 20 тысяч лет назад; этот геном позволил ученым самым полным и точным образом проанализировать различия в ДНК мамонта и его ближайшего родственника – современного слона. Учитывая суровую среду, в которой обитали мамонты, неудивительно, что 1668 генов, по которым различаются геномы слона и мамонта, кодируют белки, связанные с восприятием температуры, развитием кожи и волосяного покрова и выработкой жировой ткани[174]174
  V. J. Lynch et al., “Elephantid Genomes Reveal the Molecular Bases of Woolly Mammoth Adaptations to the Arctic”, Cell Reports 12 (2015): 217–228.


[Закрыть]. В 2015 году, работая с клетками слона, группа Чёрча использовала CRISPR для переделки слоновьих вариантов четырнадцати из этих генов в мамонтовые, а при последовательном редактировании генома теоретически можно проделать это и с оставшимися[175]175
  J. Leake, “Science Close to Creating a Mammoth”, Sunday Times, March 22, 2015.


[Закрыть].

Полное превращение генома слона в геном шерстистого мамонта означало бы изменение свыше полутора миллионов “букв” различий ДНК между ними, и нет никаких гарантий того, что из отредактированных клеток слона в результате получится жизнеспособный эмбрион. Но даже если это и удастся сделать, то будет ли получившееся животное – рожденное слонихой, вне изначальной среды обитания мамонтов и общества других представителей этого вида – настоящим шерстистым мамонтом? Или это будет просто слон с новыми признаками, возникшими под действием генов мамонта?[176]176
  B. Shapiro, “Mammoth 2.0: Will Genome Engineering Resurrect Extinct Species?”, Genome Biology 16 (2015): 228–230.


[Закрыть]

С того самого момента, как я впервые услышала о подобных экспериментах, я пытаюсь решить для себя: они в самом деле привлекательны? Или отвратительны? Или нечто среднее? Для меня – как и для многих ученых, специалистов в разных областях, – ответ пока неясен. Одно кажется бесспорным: некоторые варианты использования CRISPR на животных кажутся более благородными, чем другие; но каждый раз, когда я предпринимала попытку определиться с отношением к какому-то конкретному эксперименту, я безнадежно вязла в массе аргументов и контраргументов.

В самом деле, в чем смысл возрождения шерстистого мамонта или любого другого вымершего вида? Одной из причин вполне может быть изумление: чувство благоговения перед возможностями, которые дают нам природа и наука – наука на высочайшем возможном уровне. Кто-то из нас идет в зоопарк, а кто-то отправляется на сафари, чтобы посмотреть на льва или жирафа вблизи; представьте себе, какой это будет захватывающий, эмоционально насыщенный опыт – вдруг оказаться лицом к лицу с настоящим мамонтом! Есть и другие веские причины редактировать геном слона таким образом, чтобы он был больше похож на геном мамонта: это возможность сохранения находящегося под угрозой вымирания индийского слона и снижение выбросов соединений углерода в атмосферу в тундре[177]177
  Тундра – один из биотопов, хранящих и выделяющих наибольшее количество метана – одного из парниковых газов. Чтобы замедлить глобальное потепление, надо снизить выбросы метана и других соединений углерода в атмосферу. По геологическим данным, тундростепи, которые во времена мамонтов и других гигантских млекопитающих располагались на месте нынешней тундры, не так “метаногенны” – и, видимо, именно крупные звери формировали этот ландшафт. Российские ученые Сергей и Никита Зимов работают над созданием “Парка Плейстоценового периода” – обширного участка земли на широте тундры с фауной, максимально близкой к той, что была при мамонтах.


[Закрыть].

Однако возрождение видов – этически неоднозначная идея. Если мы сами довели вид до вымирания и сейчас имеем возможность вернуть его к жизни, должны ли мы это делать? Одна из организаций, направляющих движение по возрождению видов, Long Now Foundation, считает, что должны; ее миссия заключается именно в том, чтобы “повысить биологическое разнообразие путем генетического спасения видов, находящихся под угрозой, и вымерших видов” с использованием средств генной инженерии и природоохранной науки[178]178
  Long Now Foundation, “What We Do”, http://reviverestore.org/what-we-do/.


[Закрыть]. Long Now Foundation занимается и возрождением видов, и предотвращением их вымирания. В список кандидатов на возрождение включены странствующие голуби, уничтоженные в результате чрезмерной охоты в XIX столетии; бескрылые гагарки, численность которых резко упала в XVI веке, потому что люди охотились на гагарок ради пуха; и заботливые лягушки, которых примерно в 1980 году погубил патогенный гриб, занесенный в места их обитания человеком.

Однако совершенно не факт, что современный мир примет возрожденные виды с распростертыми объятиями или что их воскрешение не влечет никаких рисков – для них самих или для нас. Так же как представители ныне живущих видов, когда их интродуцируют в чуждую для них среду, могут вызвать экологическую катастрофу в своих новых местообитаниях, так и возрожденные виды могут сильно повредить экосистемы, в которые их выпустят. И поскольку мы никогда ранее не воскрешали вымершие виды, невозможно сказать заранее, насколько велики будут потрясения, вызванные их повторным появлением, и к чему эти потрясения могут привести.

Есть и другие весомые аргументы против использования CRISPR для возрождения вымерших видов – и это примерно те же возражения, что и в вопросе создания дизайнерских домашних животных: мы должны учитывать моральные нормы и благополучие животных. Процедурам клонирования обычно сопутствуют страдания животных – различные уродства и преждевременные смерти. Сколько таких страданий мы сочтем приемлемыми ради проведения научных исследований, которые почти наверняка никак не повлияют на здоровье человека, не улучшат его? Может быть, не стоит отвлекаться на возрождение вымерших видов и на создание дизайнерских собак, а вместо этого сосредоточиться на защите существующих видов и домашних животных, с которыми жестоко обращаются, а то и вовсе бросают на произвол судьбы? И вообще, если у нас есть возможность не изменять природу еще сильнее, чем мы уже сделали, – так, может, использовать эту возможность?

CRISPR вынуждает нас ставить подобные вопросы – сложные и, вероятно, в каких-то случаях неразрешимые. Многие из них сводятся к базовым принципам взаимоотношений человека и природы. Люди меняли генетику растений и животных задолго до появления генной инженерии. Должны ли мы сегодня отказаться от влияния на окружающую среду с помощью этого нового инструмента, если в прошлом мы не проявляли подобной сдержанности? По сравнению с тем, что мы уже сделали с планетой – умышленно или нечаянно, – кажется ли редактирование генов с помощью CRISPR менее естественным? Более вредоносным? Так просто на эти вопросы не ответить.

Существует по меньшей мере один способ редактировать генофонды других видов, который, вероятно, более опасен, чем любые другие изменения планеты, когда-либо проведенные людьми. Я имею в виду революционную технологию, известную как генный драйв (gene drive), названную так потому, что она дает биоинженерам способ вводить (to drive) новые гены – а также варианты признаков, ими кодируемые, – в популяции свободноживущих организмов с беспрецедентной скоростью в ходе процесса, похожего на неостановимую цепную реакцию.

С генным драйвом, как и с другими разработками в стремительно развивающейся области редактирования генома, наука продвигается так быстро, что уследить за ее успехами сложно. Всего через год после того, как в одной теоретической статье было указано на возможность проведения генного драйва с помощью CRISPR, эта технология показала свою эффективность сначала на дрозофилах, а затем на комарах. Генный драйв эксплуатирует силу особого типа наследования, использующего один из регуляторов передачи генетической информации от поколения к поколению.

При “стандартном” половом размножении видов, у которых в клетках по две копии каждой хромосомы, потомок наследует только одну копию хромосомы от каждого родителя, и это означает, что вероятность наследования конкретного варианта гена составляет пятьдесят процентов. Однако существуют последовательности ДНК, называемые эгоистичными генами, способные повышать свою встречаемость в геноме с каждым поколением, даже если они не дают потомку никакого адаптивного преимущества. В 2003 году эволюционный биолог Остин Берт предложил метод использования эгоистичных генов для более эффективного распространения новых признаков и гарантии того, что потомки стопроцентно унаследуют конкретный фрагмент ДНК[179]179
  A. Burt, “Site-Specific Selfish Genes as Tools for the Control and Genetic Engineering of Natural Populations”, Proceedings of the Royal Society of London B 270 (2003): 921–928.


[Закрыть]. Однако идея Берта требовала технологии, которой в то время еще не существовало: легко программируемые ферменты, разрезающие ДНК и обеспечивающие простое редактирование генома.

И тут на сцену выходит CRISPR. Летом 2014-го сотрудники лаборатории Джорджа Чёрча в Гарварде под руководством Кевина Эсвельта предложили метод конструирования и запуска генных драйвов с помощью высокоэффективного редактирования генома[180]180
  K. M. Esvelt et al., “Concerning RNA-Guided Gene Drives for the Alteration of Wild Populations”, eLife 3 (2014): e03401.


[Закрыть]. Вкратце, идея метода основана на подходе генного нокина (gene knock-in), при котором ученые используют CRISPR для разрезания ДНК в четко заданном месте и заделывают образовавшуюся брешь вставкой новой последовательности. Впрочем, есть одно существенное отличие от генного драйва: часть новой добавленной ДНК содержит генетическую информацию, кодирующую сам CRISPR. Словно в популярном научно-фантастическом сюжете о машине, которая сама себя собирает, генный драйв CRISPR может самостоятельно копироваться в новые хромосомы, обеспечивая для себя экспоненциальный рост численности в популяции. Эсвельт предположил, что, добавляя к CRISPR различные генетические грузы, такие как гены резистентности к болезнетворным организмам, ученые могут запрограммировать CRISPR на то, чтобы копировать не только самого себя, но и любые нужные последовательности ДНК.

Судя по всему, генные драйвы действительно могут быть настолько эффективными, как это предполагает теория. В начале 2015-го Итан Бир (Ethan Bier) и его аспирант Валентино Ганц в Калифорнийском университете в Сан-Диего сообщили о первой успешной демонстрации генного драйва с участием CRISPR у обыкновенной дрозофилы[181]181
  V. M. Gantz and E. Bier, “The Mutagenic Chain Reaction: A Method for Converting Heterozygous to Homozygous Mutations”, Science 348 (2015): 442–444.


[Закрыть]. Этот генный драйв использовали для введения дефектного гена окраски в геном насекомого. Вот что получилось: 97 процентов “отредактированных” мух были нового, желтого цвета вместо обычного желто-коричневого. Не прошло и полугода, как тот же коллектив получил вдобавок к этим результатам экспериментальной проверки концепции на плодовых мушках обнадеживающие данные тестов на комарах. Однако вместо того чтобы просто поменять цвет этих насекомых, новый генный драйв распространил в них ген, дающий устойчивость к малярийному плазмодию Plasmodium falciparum – паразиту, на счету которого сотни миллионов случаев малярии в год[182]182
  V. M. Gantz et al., “Highly Efficient Cas9-Mediated Gene Drive for Population Modification of the Malaria Vector Mosquito Anopheles stephensi”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 112 (2015): E6736–43.


[Закрыть]. Эффективность успешной передачи этого гена комарам оказалась еще выше, чем в случае с мушками: 99,5 %.

Первый из этих генных драйвов (изменение окраски) кажется безобидным, а второй (устойчивость к малярии) выглядит полезным[183]183
  Поскольку “отредактированный” комар перестает быть носителем малярийных плазмодиев (примеч. науч. ред.).


[Закрыть]. Но вот и третий пример. Работая независимо от калифорнийских ученых, британская команда исследователей – в ее состав входит и биолог Остин Берт, разработавший саму концепцию генного драйва, – создала легко передающиеся генные драйвы, распространяющие гены стерильности самок малярийных комаров[184]184
  A. Hammond et al., “A CRISPR-Cas9 Gene Drive System Targeting Female Reproduction in the Malaria Mosquito Vector Anopheles gambiae”, Nature Biotechnology 34 (2016): 78–83.


[Закрыть]. Поскольку эта стерильность – рецессивный признак, гены должны были стремительно распространиться в популяции, а их частота должна была повышаться до тех пор, пока у каждой самки не окажется по две соответствующие копии, – и в этот момент наступит коллапс популяции. Вместо того чтобы избавиться от малярии, генетически изменив комаров таким образом, что они больше не были способны переносить заболевание, на этот раз был использован более грубый инструмент – истребление популяции, лишенной способности к размножению. Если бы этот подход был применен к популяциям комаров в природе, это могло бы в конце концов привести к полному уничтожению данного вида.

Это не первый случай, когда ученые обращаются к генной инженерии для снижения численности насекомых. Обычная практика, использующаяся уже несколько десятилетий, – выпуск в природу стерилизованных самцов; с помощью этой технологии фактически был уничтожен ряд вредителей сельского хозяйства в Северной и Центральной Америке[185]185
  L. Alphey et al., “Sterile-Insect Methods for Control of Mosquito-Borne Diseases: An Analysis”, Vector Borne and Zoonotic Diseases 10 (2010): 295–311.


[Закрыть]. Другой подход, который разрабатывает британская компания Oxitec, – вставка летального гена в геном комара; полевые испытания этого метода уже прошли в Малайзии, Бразилии и Панаме[186]186
  L. Alvarez, “A Mosquito Solution (More Mosquitoes) Raises Heat in Florida Keys”, New York Times, February 19, 2015.


[Закрыть]. Впрочем, в эти подходы изначально встроены самоограничения; генетические изменения быстро уничтожаются естественным отбором, и единственный способ действительно уменьшить численность комаров – периодически выпускать в природу большие партии модифицированных насекомых.

Использование CRISPR для создания генного драйва у комаров

В отличие от описанных выше, генные драйвы с CRISPR способны к самоподдержанию; поскольку характер наследования, по всей видимости, оказывается сильнее естественного отбора, модифицированные насекомые распространяются и передают свои дефектные признаки без ограничений. Эта устойчивость и делает генные драйвы такими мощными – и потенциально опасными – инструментами. Подсчеты показывают, что, если бы одна дрозофила из лаборатории в Сан-Диего в ходе первых экспериментов с генным драйвом оказалась на воле, она “раздала” бы кодирующие CRISPR гены (вместе с желтым цветом тела) 20–50 % всех плодовых мушек в мире[187]187
  “Gene Intelligence”, Nature 531 (2016): 140.


[Закрыть].

Ученые, занимающиеся генными драйвами с использованием CRISPR, должны тщательно взвешивать риски перед каждым новым экспериментом; им необходимо разработать методические указания, обеспечивающие безопасность будущих исследований[188]188
  O. S. Akbari et al., “Biosafety: Safeguarding Gene Drive Experiments in the Laboratory”, Science 349 (2015): 927–929.


[Закрыть]. Возможно, наиболее очевидная гарантия того, что генный драйв случайно не вырвется в природу, – это жесткое ограничение: физические барьеры, отделяющие организмы от окружающей среды, и экологические барьеры между естественным ареалом конкретного организма и географическим положением лаборатории. На недавней конференции, где Итан Бир представлял результаты своих исследований, он показывал слушателям фотографии систем и процедур безопасности, призванных предотвратить случайный “побег” подопытных насекомых. Но ученые также предложили набор процедур для инактивации вышедших из-под контроля генных драйвов и на случай, если все принятые меры предосторожности окажутся неэффективными. Одна из таких процедур называется обратный драйв (reversal drive)[189]189
  J. E. DiCarlo et al., “Safeguarding CRISPR/Cas9 Gene Drives in Yeast”, Nature Biotechnology 33 (2015): 1250–1255.


[Закрыть] и представляет собой, по сути дела, антидот, перезаписывающий информацию поверх изменений в геноме, сделанных первым драйвом.

Даже при самом тщательном планировании экспериментов и соблюдении мер предосторожности при их выполнении мы не можем предусмотреть все опасности для окружающей среды, потенциально исходящие от генного драйва, и не в состоянии свести к нулю вероятность того, что генный драйв выйдет из-под контроля и нарушит тонкий баланс какой-либо экосистемы. Эти риски были отражены в недавнем совместном докладе Национальной академии наук, Национальной инженерной академии и Национальной академии медицины США[190]190
  National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, “Gene Drives on the Horizon: Advancing Science, Navigating Uncertainty, and Aligning Research with Public Values”, http://nas-sites.org/gene-drives/.


[Закрыть], в котором были одобрены лабораторные (и некоторые полевые) исследования, проводящиеся в настоящее время, но было рекомендовано не выпускать генные драйвы в окружающую среду.

Также невозможно гарантировать, что этот невероятно мощный инструмент не окажется в руках людей, которые не остановятся перед тем, чтобы использовать генные драйвы кому-то во вред, – которых скорее даже привлекает мысль применять драйвы именно с этой целью. The ETC Group, международная инициативная организация, выступающая за развитие законодательного регулирования в области экологии и биологии, опасается, что генные драйвы (группа именует их “генными бомбами”) могут быть использованы в военных целях – например, для изменения микробиома человека или вывода из строя основных источников пищи[191]191
  ETC Group, “Stop the Gene Bomb! ETC Group Comment on NAS Report on Gene Drives”, June 8, 2016, www.etcgroup.org/content/stop-gene-bomb-etc-group-comment-nas-report-gene-drives.


[Закрыть].

Но как бы ни пугали нас генные драйвы, вряд ли мы сможем без конца оправдать их вечное заточение в стенах лабораторий. По словам Остина Берта,

ясно, что описанная здесь технология – не для простых случаев. Но, учитывая, какие страдания принесли человечеству некоторые виды организмов, игнорировать эту технологию тоже, очевидно, не стоит[192]192
  A. Burt, “Site-Specific Selfish Genes as Tools for the Control and Genetic Engineering of Natural Populations”, Proceedings of the Royal Society of London B 270 (2003): 921–928.


[Закрыть].

Генные драйвы обещают нам гораздо более прицельный подход к глобальным проблемам сельского хозяйства, сохранения видов и здоровья человека, чем ранее существовавшие технологии. Вот лишь несколько предложенных применений генного драйва: обращение генетических причин (reversal drive) устойчивости к гербицидам и пестицидам, развившихся у вредителей сельского хозяйства; сохранение биоразнообразия путем контроля численности или даже полного уничтожения (в отдельных регионах) популяций инвазивных видов, таких как сазан, жаба-ага или домовая мышь; уничтожение инфекционных заболеваний – таких как болезнь Лайма (вызываемая бактерией, которая переносится клещами)[193]193
  B. J. King, “Are Genetically Engineered Mice the Answer to Combating Lyme Disease?”, NPR, June 16, 2016.


[Закрыть] и шистосомоз (вызываемый паразитическими плоскими червями, которые переносится водными брюхоногими моллюсками). Но пока чаще всего говорят о генном драйве применительно к комарам.

Комары – виновники большего числа человеческих страданий, чем любое другое существо на Земле. Комары переносят малярию, лихорадку Денге, лихорадку Западного Нила, лихорадку Чикунгунья, лихорадку Зика и многие другие заболевания, которые все вместе уносят более миллиона жизней в год[194]194
  American Mosquito Control Association, “Mosquito-Borne Diseases”, www.mosquito.org/mosquito-borne-diseases.


[Закрыть]. Генные драйвы с использованием CRISPR, вероятно, будут лучшим оружием против этой вездесущей угрозы – независимо от того, лишим ли мы комаров способности переносить конкретные патогены или полностью уничтожим этих насекомых. Стратегии борьбы с комарами с использованием генов, подобные CRISPR, могут оказаться более безопасными, чем ядовитые пестициды, и они позволяют решать биологические проблемы с помощью самой биологии.

Будет ли для нас благом или, наоборот, окажется проклятием внезапное избавление от крылатых вредителей, населявших Землю более ста миллионов лет? Удивительно, но ученые не слишком-то беспокоятся о том, что станет с миром в случае исчезновения комаров. Как выразился один энтомолог, если мы уничтожим их завтра, экосистемы, частью которых были комары, лишь немного побарахлят и вскоре продолжат работать как обычно[195]195
  J. Fang, “Ecology: A World Without Mosquitoes”, Nature 466 (2010): 432–434.


[Закрыть]. Если этот ученый прав и мы способны создать мир, свободный от болезней, которые переносятся комарами, можем ли мы себе позволить не рискнуть создать его?

Я задаю эти вопросы, поскольку тоже ищу ответы на них. Без сомнения, эти вопросы относятся к числу наиболее острых научных проблем, стоящих перед нами сегодня. Жизненно необходимо, чтобы мы все высказали мнение по поводу того, каким образом нам стоит применять эту новую биотехнологию в растительном и животном мире. Я надеюсь, что соответствующее образование и вдумчивый самоанализ помогут нам ответить на эти вопросы – и мы сможем извлечь пользу из “отредактированной” флоры и фауны, избежав при этом самых больших опасностей.

Как и многие другие ученые, я не могу не рассматривать эксперименты на растениях и животных как некие испытательные запуски в процессе приближения к конечной цели редактирования генома. Я имею в виду, конечно, мечту, которую мы с Эммануэль вынашивали с тех пор, когда впервые задумались о последствиях нашего совместного исследования, – мечту о том, что однажды наша работа поможет переписать ДНК пациентов-людей, чтобы исцелить их от болезней.

Глава 6
Исцелить больных

Год 2015-й подходил к концу, и я завершала обычные для конца семестра дела: выставляла оценки студентам и составляла сметы проектов, а также определяла цели научных исследований на будущий год. Впрочем, одновременно с этим я готовилась к выполнению еще одной необычной задачи – докладу, который мне предстояло вскорости представить вице-президенту Джо Байдену на Всемирном экономическом форуме в Давосе, Швейцария, в январе 2016 года.

Приглашение выступить вместе с вице-президентом было самым свежим подтверждением статуса CRISPR как медицинского инструмента. Но еще до этого приглашения я планировала посетить Давос, где лидеры государственных структур и частных компаний собираются каждую зиму, чтобы обсудить глобальные насущные вопросы. Этот визит на форум должен был стать для меня вторым, и на нем, как и в предыдущий раз, меня попросили рассказать о технологии CRISPR и ее влиянии на мировую экономику и общественную жизнь, включая те воздействия, которые она способна оказать на мир медицины.

Однако приглашение вице-президента Байдена было, вероятно, наиболее весомым признанием значения этой технологии для сферы здравоохранения. Не менее значима была и непосредственная причина приглашения: Байден должен был дать пресс-конференцию, на которой вместе с учеными и врачами рассказал бы об инициативе президента Обамы по координации усилий в борьбе с раком. В стиле американской космической программы 1960-х, в рамках которой планировалось отправить человека на Луну – и в короткие сроки эти планы воплотились в жизнь, – этот “полет к раку” был призван собрать вместе лучшие умы страны ради поиска средств для исцеления от рака во всех его проявлениях. Тот печальный факт, что незадолго до этого после многолетней борьбы с раком мозга ушел из жизни Бо Байден, сын вице-президента, сделал повод еще более весомым, обнажив человеческие трагедии и боль, которую рак, не разбирая, причиняет такому множеству семей.

Хоть это и было непросто, я сумела найти коллегу, который мог в январе подменить меня на кафедре, и отправилась в Давос пораньше, чтобы принять участие в пресс-конференции Байдена, которая оказалась ровно настолько прекрасной, насколько и предполагалось. Я узнала много нового от других участников, многие из которых были учеными, непосредственно принимавшими участие в исследованиях рака, в разработке лекарств и лечебной практике. По мере того как они делились с аудиторией новейшими открытиями в этой области медицины, мне становилось все яснее, как далеко мы продвинулись в лечении рака с 1995 года, когда мой отец вступил в краткую и столь неравную борьбу с меланомой. Но так же четко я поняла, сколько нам еще требуется пройти, чтобы найти эффективные средства лечения этой болезни – и уж тем более полного избавления от нее. И тут я в очередной раз напомнила себе, каким образом CRISPR может ускорить процесс прохождения этого пути.

На пресс-конференции, обсуждая технологию CRISPR и ее применение в лечении рака, я видела перед собой батарею телекамер и толпу аккредитованных журналистов – и внезапно почувствовала, что смотрю на себя глазами этих репортеров, недоумевающих: а что специалист по биохимии РНК делает рядом с врачами, посвятившими себя борьбе с раком? Для меня было честью присутствовать там, и в то же время я была слегка смущена тем, какой далекий – и в прямом, и в переносном смысле – путь я проделала, чтобы обсуждать столь важный вопрос здравоохранения плечом к плечу с вице-президентом Соединенных Штатов.

Среди политиков и ученых (да и во всем обществе) все больше признается важная роль, которую редактирование генома может сыграть в разработке новых методов лечения или даже в полной победе над различными заболеваниями. В дополнение к федеральной поддержке фундаментальных исследований в этой области в форме грантов в процесс все больше вовлекается и частный бизнес. В число сооснователей трех связанных с терапией стартапов, два из которых базируются в Кембридже, штат Массачусетс, и один – в швейцарском Базеле, входят ученые (включая меня и Эммануэль), и эти стартапы уже получили венчурные инвестиции в размере сотен миллионов долларов[196]196
  Эти три компании – Editas Medicine, Intellia Therapeutics и CRISPR Therapeutics.


[Закрыть]. На момент написания этих строк все эти три компании стали открытыми акционерными обществами. Пенсильванский университет проводит клиническое исследование основанного на CRISPR средства, которое может стать первым разрешенным в США препаратом подобного рода; инвестор проекта – интернет-миллиардер Шон Паркер[197]197
  S. Reardon, “First CRISPR Clinical Trial Gets Green Light from US Panel”, Nature News, June 22, 2016.


[Закрыть]. Новый биотехнологический институт в Сан-Франциско, аффилированный с Калифорнийским университетом в Беркли, Калифорнийским университетом в Сан-Франциско и Стэнфордским университетом, получил щедрую поддержку более чем в полмиллиарда долларов от основателя Facebook Марка Цукерберга и его жены, педиатра Присциллы Чан[198]198
  Y. Anwar, “UC Berkeley to Partner in $ 600M Chan Zuckerberg Science ‘Biohub,’” Berkeley News, September 21, 2016.


[Закрыть]. А в Области залива Сан-Франциско я имела честь открыть Институт инновационной геномики, в чьи цели входит управление CRISPR-подобными технологиями таким образом, чтобы эти технологии направляли революцию в генной инженерии на борьбу с недугами[199]199
  R. Sanders, “New DNA-Editing Technology Spawns Bold UC Initiative”, Berkeley News, March 18, 2014.


[Закрыть].

Если эти примеры на что-то и указывают, так это на то, что в будущем медицина будет все чаще пользоваться CRISPR; при этом будут возникать новые альянсы и новые способы партнерства общественных и частных спонсоров. Но нам не нужно ждать, чтобы своими глазами увидеть мощь CRISPR в предотвращении заболеваний. Свидетельства уже сегодня прямо перед нами.

Доклинические испытания на животных уже показали невероятную способность CRISPR находить и “чинить” мутировавшие гены внутри живых организмов. В декабре 2013-го, меньше чем через год после того, как несколько лабораторий, включая мою собственную, сообщили об успешном использовании полученных из бактерий молекул CRISPR для редактирования генома клеток человека, группа китайских ученых запрограммировала те же молекулы CRISPR находить и исправлять мутацию размером в одну “букву” среди 2,8 миллиарда “букв” ДНК в геноме мыши. Таким образом, они впервые смогли полностью вылечить генетическое заболевание с помощью CRISPR, применив его на целом животном (а не отдельных клетках)[200]200
  Y. Wu et al., “Correction of a Genetic Disease in Mouse via Use of CRISPR-Cas9”, Cell Stem Cell 13 (2013): 659–662.


[Закрыть].

Эта новость повергла меня в шок, хоть я и не могу сказать, что была удивлена, учитывая, как быстро появлялись новые варианты использования технологии. И все же налицо было фундаментальное достижение: был создан первый представитель нового типа ювелирно точных средств генетической терапии, и его появление, по всей видимости, отметило начало новой эры в медицине – эры, в которой хотя бы некоторые из семи с лишним тысяч генетических заболеваний человека, каждое из которых вызвано “собственной” мутацией в одном конкретном гене, могут быть излечены благодаря универсальному молекулярному инструменту.

Проведенные в Китае эксперименты, подтверждающие такую возможность, излечили мышей от врожденной катаракты – недуга, при котором дефектная копия гена приводит к затуманиванию и общему ухудшению зрения. На протяжении следующей пары лет ученые применили CRISPR для излечения мышей от мышечной дистрофии (тяжелого заболевания, при котором истощается мышечная ткань), а также от различных нарушений обмена веществ, затрагивающих печень. Параллельно с этим, работая на культурах человеческих клеток, часто берущих начало от образцов тканей пациентов, сотни исследователей использовали CRISPR для исправления непрерывно растущего числа мутаций ДНК, связанных с некоторыми из наиболее тяжелых генетических болезней – от серповидноклеточной анемии и гемофилии до муковисцидоза и тяжелого комбинированного иммунодефицита. Неважно, какие именно изменения ДНК стали причиной заболеваний – неверные “буквы” в последовательности, пропущенные “буквы”, лишние “буквы” или даже масштабные хромосомные нарушения, – казалось, нет такой “однобуквенной” ошибки, которую CRISPR неспособен исправить!

Некоторые ученые используют CRISPR, чтобы блокировать вирусные инфекции в человеческих клетках, то есть фактически делать то же самое, что эта система молекулярной защиты делает в клетках бактерий. Первые клинические испытания редактирования генома нацелены на излечение ВИЧ/СПИД путем изменения клеток собственной иммунной системы пациента таким образом, чтобы вирус не мог войти в них. В другом выдающемся исследовании человеческая жизнь была впервые спасена с помощью редактирования генома в сочетании с другим прорывом в медицине – технологией иммунотерапии рака, в ходе которой иммунную систему пациента “натаскивают” на то, чтобы она сама находила и уничтожала раковые клетки.

Поддаться всеобщему энтузиазму легко. Тот факт, что редактирование генома потенциально может навсегда повернуть вспять течение болезни, воздействовав на лежащую в основе этой болезни генетическую аномалию, будоражит воображение. Но еще сильнее волнует нас тот факт, что CRISPR можно перепрограммировать на охоту за новыми ДНК-мишенями, а значит, и за новыми заболеваниями. Учитывая выдающийся потенциал CRISPR, я за последние несколько лет привыкла к частым просьбам о помощи от фармацевтических компаний, которым необходима информация о технологии CRISPR и о том, как ее можно задействовать в поиске новых терапевтических средств.

Но терапевтическое редактирование генома по-прежнему находится в зачаточном состоянии – клинические испытания только-только начались, – и существует еще несколько фундаментальных вопросов о том, как дальше будут развиваться события. Многолетние попытки воплотить в жизнь теоретические обещания, которые дает генная терапия, должны служить напоминанием, что прорывы в медицине почти всегда оказывается сложнее осуществить, чем думалось изначально. И для CRISPR дорога от лаборатории в клинику тоже будет длинной и трудной.

Клетки каких типов сделать мишенью – вот одна из многих дилемм, стоящих перед исследователями. Стоит ли редактировать соматические клетки (от греческого σῶμα, то есть “тело”) или половые, герминативные клетки (от латинского germen, что означает “бутон” или “росток”)? Различия между этими двумя типами клеток – тема одной из наиболее жарких и оживленных дискуссий в мире современной медицины.

Половые клетки – это любые клетки, чей геном может быть унаследован следующими поколениями, поэтому они составляют зародышевый путь организма – поток генетического материала, передаваемый от поколения к поколению. Самые известные и очевидные половые клетки в организме – яйцеклетки и сперматозоиды, но, помимо них, зародышевый путь включает в себя предшественников этих зрелых гамет, а также стволовые клетки, имеющиеся в эмбрионе начиная с самых ранних стадий развития.

Соматические клетки – это фактически все остальные клетки тела: сердце, мышцы, головной мозг, кожа, печень – любая клетка, чья ДНК не может быть передана потомкам.

Специалисты по генетике мышей (и животноводы в целом) ухватились за возможность менять геном половых клеток с помощью CRISPR. Редактирование генома клеток зародышевого пути – наиболее эффективный способ применения технологии. Обычно к тому времени, как мышь с болезнетворной генетической мутацией достигнет зрелости, исправлять ошибку уже слишком поздно: изначальная ошибка в одной оплодотворенной яйцеклетке скопировалась в миллиарды потомков этой клетки, и теперь устранить все до единого следы заболевания уже невозможно. (Представьте, что вы пытаетесь исправить ошибку в газетной заметке, когда газета уже напечатана и ее развезли по киоскам. А теперь сравните это с ситуацией, когда заметка с ошибкой все еще представляет собой лишь текстовый файл в компьютере редактора.) Сосредоточив усилия на клетках зародышевого пути, ученые могут отправить CRISPR в эмбрион на самой ранней стадии развития и устранить мутацию в единственной клетке, из которой этот зародыш состоит. На протяжении всего развития эмбриона до стадии взрослого организма “починенная” ДНК аккуратно копируется в каждую дочернюю клетку, включая половые клетки, которые в конечном счете передадут геном последующим поколениям.