Редактируя человечество: Революция CRISPR и новая эра изменения генома

Davies Kevin

Ни Дудна, ни Шарпантье не были врачами, но технология CRISPR открывает возможности вывести генную терапию на новый уровень. Обе женщины основали биотехнологические компании, предлагающие методы лечения на основе CRISPR, предназначенные для исправления мутаций, вызывающих развитие серповидноклеточной анемии, слепоты, миопатии Дюшенна и многих других болезней. «В течение последнего десятилетия я создавал ГМО-людей», – говорит Федор Урнов, коллега Дудны, который участвовал в разработке метода геномного редактирования в компании Sangamo Therapeutics в Калифорнии. В 2019 г., через 70 лет после того, как Лайнус Полинг назвал серповидноклеточную анемию первым «молекулярным заболеванием», Виктория Грей, афроамериканка из Миссисипи, стала первой пациенткой в США, прошедшей курс лечения серповидноклеточной анемии с помощью редактирования генома [27] . Через год она была здорова, к счастью, осложнений не выявилось,

а ее клетки крови обновились. В настоящее время проводится все больше испытаний геномного редактирования, в основном с использованием CRISPR. Мы действительно находимся на пороге новой эры в медицине.

27

Rob Stein, "In a 1st, Doctors in U. S. Use CRISPR Tool To Treat Patient With Genetic Disorder," NPR, July 29, 2019, https://www.npr.org/sections/health-shots/2019/07/29/744826505/sickle-cell-patient-reveals-why-she-is-volunteering-for-landmark-gene-editing-st.

Однако применение редактирования генома зашло гораздо дальше. Своими действиями Хэ Цзянькуй перешел красную черту, научный Рубикон, который практически все ученые считали священным. Редактирование наследуемого генома (или клеток зародышевой линии) больше не служит сюжетом фантастических фильмов-антиутопий и страшных историй о детях на заказ. Этот джинн окончательно выпущен из бутылки, и вернуть его уже нельзя. Найдет ли редактирование клеток зародышевой линии применение для лечения генетических заболеваний? Захотят ли пары использовать CRISPR для генетического усовершенствования своих детей? Почему мы должны остановиться на устранении генетических заболеваний? Разве мы не можем допустить мысль о применении технологии CRISPR для расширения возможностей? Например, для включения в работу гена, который сокращает необходимую длительность сна, или обеспечивает защиту от развития деменции, или защищает космонавтов от последствий радиационного облучения. Или прав Урнов, утверждая, что редактирование зародышевой линии – это «решение, которое создает проблемы»?

По словам директора Института Броуда Эрика Ландера, CRISPR – это «удивительная технология, которая находит широкое применение. Однако, если вы будете делать нечто столь же судьбоносное, как переписывание наследуемой генетической информации, я хотел бы услышать для этого веские основания. Вы должны сказать, что само общество приняло такое решение, а без общего согласия этого не произойдет» [28] .

«Редактируя человечество» – это история об одном из наиболее выдающихся научных открытий, которое совершило человечество, – открытии технологии CRISPR. Изначально моим намерением, получившим поддержку в виде стипендии Фонда Гуггенхайма, было сосредоточиться на теме CRISPR с точки зрения науки и ученых. В 2017 г. я решил начать издание нового журнала под названием The CRISPR Journal и стал встречаться с учеными, которые занимаются наиболее интересными исследованиями в этой области. Наше путешествие начинается с истории о группе неизвестных микробиологов и биохимиков – настоящих «героев CRISPR», пытающихся понять функцию неясных последовательностей бактериальной ДНК. CRISPR убедительно демонстрирует огромную ценность финансирования фундаментальных академических исследований и исследований, проводимых отдельными учеными. Крупные научные консорциумы, такие как объединение вокруг проекта «Геном человека», могут делать великие открытия, но давайте не будем забывать, что при небольшой финансовой поддержке на это способны и скромные ученые. Мало кто мог предположить, что исследования того, как бактерии побеждают своих вирусных врагов, дадут толчок к развитию многомиллиардной индустрии, которая сможет лечить болезни и помогать в решении проблем мирового голода.

28

Michael Specter, "How the DNA Revolution Is Changing Us," National Geographic, August 2016, https://www.nationalgeographic.com/magazine/2016/08/dna-crispr-gene-editing-science-ethics/.

Во второй части книги я обсуждаю взлеты и падения генной терапии, которая переживает возрождение после долгих лет упадка. Одна из больших надежд, возлагаемых на редактирование генома, связана с возможностью лечения пациентов с широким спектром тяжелых заболеваний, таких как мышечная дистрофия, гемофилия, слепота и серповидноклеточная анемия. В науке часто злоупотребляют термином «святой Грааль», но, если исправление одной буквы в генетическом коде человека не является желанной чашей спасения, я не знаю, как еще это назвать.

Во второй половине книги я обращаю внимание на CRISPR-младенцев и необычную историю этого безрассудного эксперимента. Я приоткрываю завесу над тайными амбициями Хэ Цзянькуя. Сомневаюсь, что Хэ Цзянькуй был ученым-мошенником, каким его изображали, и пытаюсь оценить

последствия его действий. В заключительных главах я представляю вашему вниманию некоторые из новых интересных направлений, по которым нас может провести CRISPR, – от перемещения генов до избавления от малярии и возрождения вымерших видов, а также отделяю правду от вымысла в спорах о детях на заказ.

Мы живем в век биологии. Как отмечает Федор Урнов, между гениальной идеей и ее практической реализацией лежит огромная пропасть. В 1505 г. Леонардо да Винчи разработал модель орнитоптера – летательного аппарата. И только через четыре столетия, в декабре 1903 г., Орвилл Райт бросил вызов гравитации: он преодолел по воздуху за двенадцать секунд расстояние, равное длине бейсбольной площадки (36,5 м). Потребовалось несколько десятилетий, прежде чем этот знаменательный полет положил начало коммерческим воздушным перевозкам, не говоря уже о первом полете человека на околоземную орбиту и за ее пределы.

Сиддхартха Мукерджи хорошо написал об этом в своей книге «Ген»: «Проблема всех этих технологий в том, что ДНК – это не только генетический код, в некотором смысле это и моральный кодекс. Перед нами встает вопрос не только о том, кем мы станем. Теперь, когда у нас есть все эти инструменты, мы получили возможность задать вопрос, кем мы можем стать».

Эта книга о происхождении, развитии, использовании и неправильном применении CRISPR – технологии, созданной на основе жизнедеятельности некоторых самых древних организмов планеты, благодаря которой мы находимся на пороге новых возможностей – редактирования человечества.

Часть I

О чудо! Какое множество прекрасных лиц!

Как род людской красив! И как хорош

Тот новый мир, где есть такие люди!

УИЛЬЯМ ШЕКСПИР. БУРЯ [29]

– Ты же не можешь вот так командовать бактериями, – возразила миссис Хэмпсток. – Они этого не любят.

– Сущий вздор, – отмахнулась старушка. – Дай им только волю, и они совсем распояшутся. А покажешь, кто тут главный, они все сделают, только б тебя умаслить. Ты же пробовала мой сыр.

НИЛ ГЕЙМАН. ОКЕАН В КОНЦЕ ДОРОГИ [30]

29

Пер. М. Донского.

30

Пер. В. Нуриева.

Прогресс в науке зависит от новых методов, новых открытий и новых идей – пожалуй, именно в таком порядке.

СИДНЕЙ БРЕННЕР

Глава 1

Ажиотаж вокруг CRISPR

«Это и есть CRISPR?» – озадаченно спрашивает ведущий телевизионного шоу «60 минут» Билл Уитакер, указывая на небольшую пластиковую пробирку, содержащую несколько капель бесцветной жидкости, которая с тем же успехом может быть просто водой. Но это и впрямь преимущественно вода.

Под ярким светом телевизионных софитов пробирку держит Фэн Чжан, тридцатилетний ученый, который помог разжечь пламя биологической революции.

«CRISPR – это то, что входит в состав раствора», – подсказывает Чжан [31] .

Интервью снимают в лаборатории Чжана в Институте Броуда в Кембридже, штат Массачусетс, – одном из самых престижных центров биомедицинских исследований в стране. Свое название Институт получил в честь филантропа Эли Броуда и его жены Эдит. Здание стоит вплотную к другим башням из слоновой кости, построенным бизнесменами-миллиардерами, такими как братья Кох (изучение рака), издатель Пэт Макговерн (исследования мозга) и разработчик медицинского оборудования Джэк Уайтхед (клеточная биология). Когда я только переехал в Соединенные Штаты в конце 1980-х гг. и работал в Институте Уайтхеда, расположенном на окраине кампуса Массачусетского технологического института, единственным островком цивилизации, кроме него, был сетевой рыбный ресторан. Сегодня Кендалл-сквер – это центр биотехнологической вселенной и такая же достопримечательность Бостона, как и Фенуэй-парк. На расположенной поблизости памятной доске написано, что здесь находится «самая инновационная квадратная миля планеты». Мало кто с этим спорит.

31

Bill Whitaker, "CRISPR: The gene-editing tool revolutionizing biomedical research," 60 Minutes, April 29, 2018, https://www.cbsnews.com/news/crispr-the-gene-editing-tool-revolutionizing-biomedical-research/.