Редактируя человечество: Революция CRISPR и новая эра изменения генома

Davies Kevin

Чжан – с коротко стриженными черными волосами и лишенным растительности лицом херувима – выглядит моложе своих тридцати четырех лет. На групповой фотографии с двумя десятками студентов и научных сотрудников лаборатории его легко принять за аспиранта. Однако с 2013 г. Чжан уже привык к запросам СМИ и вторжениям съемочных групп. Это выглядит как дежавю: несколько месяцев назад он отвечал на эти же вопросы перед телекамерами того же самого канала, CBS. Но интервьюер, беседовавший с ним в прошлый раз, Чарли Роуз, был уволен по веским причинам [32] , поэтому продюсер программы «60 минут» Николь Маркс решила переснять весь сюжет.

32

#MeToo.

Уитакер недоверчиво смотрит на крошечную пробирку. «Так вот что стоит за переворотом в науке и биомедицине?

С ума сойти!»

Даже если бы камеры программы «60 минут» могли углубиться в содержимое крошечной пробирки, находящейся между указательным и большим пальцами Чжана, подобно тому как это происходит в фильме «Фантастическое путешествие», было бы сложно понять, из-за чего поднялась вся шумиха. Тем не менее CRISPR – это нечто очень важное, настоящая буря в пробирке. У термина CRISPR есть точное научное определение (подробнее об этом позже), но всего за несколько лет эта малопонятная аббревиатура вошла в наш повседневный обиход как существительное или иногда как глагол, олицетворяя собой революцию в редактировании генома, а именно способность точно находить и изменять ту или иную последовательность ДНК любого организма.

Однако Уитакер не сдается.

– Итак, CRISPR – это не жидкость, CRISPR там внутри?

– Он растворен в жидкости, – терпеливо объясняет Чжан. – Здесь около нескольких миллиардов молекул CRISPR.

– Миллиардов?

Маркс обдумывала сюжет о CRISPR в течение нескольких лет, ездила в Институт Броуда, чтобы познакомиться с Чжаном и директором-основателем института Эриком Ландером, а также посетила главную конференцию по этике редактирования генома, прошедшую в 2015 г. в Вашингтоне, округ Колумбия. В СМИ наперебой говорили о CRISPR как о новейшем чуде биотехнологии. Но при всем своем медицинском потенциале CRISPR еще не взят врачами на вооружение и тем более никого еще не вылечил.

Для Маркс переломный момент наступил летом 2017 г., когда ученые из Орегона во главе с Шухратом Миталиповым стали первыми американцами, кто успешно отредактировал геном эмбриона человека с применением CRISPR. Миталипов настаивал на том, что в его планы не входит использование этого метода для создания новых людей. Однако было трудно игнорировать тот факт, что мы значительно приблизились к тревожной перспективе проектирования младенцев по заказу, что явилось бы биологическим эквивалентом Часов Судного дня – символа приближения человечества к самоуничтожению.

Сейчас кажется, что научные возможности CRISPR не знают границ. Используя компоненты иммунной системы древнейших бактерий, ученые разработали удивительный молекулярный инструмент, который может просканировать 3 млрд букв человеческого генома, найти там конкретную последовательность букв генетического текста, вырезать ее, а затем восстановить или заменить. Целью проекта «Геном человека» (Human Genome Project, HGP) была расшифровка генетического кода человека. Мы нашли более 20 000 генов, которые определяют работу разных частей человеческого организма. Мы описали мутации более чем в трети тех генов, которые вызывают бесчисленные генетические заболевания. За 13 лет мы потратили около $2 млрд, чтобы прочесть эту беспорядочную последовательность букв А (A), Ц (C), Т (T) и Г (G) [33] . Все эти усилия по-прежнему приносят плоды, способствуя развитию точных методов лечения рака и многих других заболеваний.

33

К сожалению, проект «Геном человека» показал, что наши знания о последовательности ДНК человека не являются полными. Даже последние технологии секвенирования ДНК пока не позволяют прочесть некоторые части генома человека.

Однако сейчас, имея в руках CRISPR, ученые обладают мощным, простым и доступным инструментом, который позволяет исследователям хирургическим путем переписать генетический код в случае сбоя. Иными словами, выступить в роли Бога. Они могут разрабатывать и создавать последовательности ДНК больших и малых организмов, от вирусов и бактерий до растений (зерновые культуры, цветы, деревья), червей, рыб, грызунов, собак, обезьян и человека. До появления CRISPR существовали и другие технологии редактирования генома, и они применялись в клинике для лечения ВИЧ и редких генетических заболеваний. Да и сама методика CRISPR уже усовершенствована: появились более точные варианты ее выполнения, а именно редактирование нуклеотидных оснований и праймированное редактирование, что приближает нас к тому, чтобы найти тот самый святой Грааль – безопасное и точное управление последовательностью ДНК.

За последние несколько столетий в медицине произошел серьезный прорыв: повышение уровня санитарии и чистоты воды, использование анестезии, открытие вакцин и антибиотиков, разработка низкомолекулярных препаратов, биопрепаратов, создание метода экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) и развитие пренатальной диагностики. Новые методы и технологии поднимают на новый уровень фундаментальные науки. Появляются

инструменты для управления работой нейронов, методы картирования архитектуры клеточного ядра и проведения жидкой биопсии фрагментов ДНК, циркулирующих в кровотоке. Но CRISPR кардинально изменил науку: распространяясь как лесной пожар, со всей простотой, гибкостью и доступностью эта технология захватила воображение ученых всего мира благодаря своей потрясающей демократичности. Открытие CRISPR не было результатом целенаправленных усилий по созданию метода. Напротив, это кульминация десятилетних вложений в фундаментальные биомедицинские исследования, поддержку десятков преданных своему делу ученых, работающих в непопулярных областях науки, проводящих исследования ради острых ощущений открытий, совершаемых ради лучшего понимания окружающего нас мира и природы. Как отметил лауреат Нобелевской премии Билл Келин в статье в The Washington Post, выступая в поддержку фундаментальных исследований рака, а не показных амбициозных проектов, «технология редактирования генов при помощи CRISPR, которая произведет революцию в медицине и сельском хозяйстве, берет свое начало из исследований бактерий и их устойчивости к вирусам» [34] . Трудно представить себе менее популярную область исследований. По крайней мере, так было до открытия CRISPR.

34

William Kaelin, "Why we can't cure cancer with a moonshot," The Washington Post, February 11, 2020, https://www.washingtonpost.com/opinions/the-problem-with-trying-to-cure-cancer-with-a-moonshot/2020/02/11/87632bba-2d84–11ea-9b60–817cc18cf173_story.html.

Что можно делать с помощью CRISPR? Лечить рак и тысячи генетических заболеваний. Это простые, дешевые, мобильные инструменты для обнаружения вспышек смертельных инфекционных заболеваний, включая вирус COVID-19. Создавать более полезные и питательные сорта сельскохозяйственных культур, чтобы накормить человечество. Создавать новые, устойчивые к болезням породы скота и выводить животных для трансплантации органов. Ввести понятие «обратимое вымирание» как способ воскресить вымершие виды, такие как шерстистый мамонт, и наряду с этим предоставить экологам новый инструмент для спасения исчезающих видов. Влиять на процесс эволюции для контроля над инфекционными заболеваниями и даже их устранения. А также, к счастью или к сожалению, изменять генофонд человека за счет редактирования ДНК эмбриона человека, как это показывают в научно-фантастических фильмах.

CRISPR действительно очень быстро увлек сценаристов и писателей. В финале десятого сезона сериала «Секретные материалы», вернувшегося на экраны в 2016 г., Малдер и Скалли ищут противоядие от биологического оружия, созданного на основе CRISPR, которое выбивает важный ген в иммунной системе, подвергая опасности человечество. Сообщается, что Дженнифер Лопес работала над пилотным выпуском телевизионного шоу с рабочим названием C.R.I.S.P.R. [35] Сериал, действие которого происходит в ближайшем будущем, будет представлять собой полицейский триллер, в котором «наставники и протеже, играя в кошки-мышки, борются за контроль над геномом человека и от исхода этой игры зависит будущее нашего вида». К сожалению, Джей Ло еще только предстоит воплотить в жизнь свое видение нашего завтрашнего дня, находящегося во власти CRISPR. Сценарист Нил Баэр включил пандемию биологического оружия CRISPR в сюжетную линию третьего сезона телесериала «Последний кандидат», главную роль в котором играет Кифер Сазерленд [36] .

35

Lesley Goldberg, "Jennifer Lopez Sets Futuristic Bio-Terror Drama at NBC (Exclusive)," The Hollywood Reporter, October 18, 2016, https://www.hollywoodreporter.com/live-feed/jennifer-lopez-sets-futuristic-bio-939509.

36

Neal Baer, "Covid-19 is scary. Could a rogue scientist use CRISPR to conjure another pandemic?," STAT, March 26, 2020, https://www.statnews.com/2020/03/26/could-rogue-scientist-use-crispr-create-pandemic/.

Вернемся к реальности. Ландер называет CRISPR «самым удивительным и, возможно, наиболее важным открытием этого века». Надо признать, он несколько предвзят: Чжан – один из ведущих исследователей Института Броуда, он первым показал возможность редактирования генов в клетках человека с использованием CRISPR и за пять лет стал соучредителем пяти компаний. На кону престиж, патенты и награды. Кроме того, возможно, и научное бессмертие – шанс быть увековеченным как автор одного из великих открытий в науке и медицине и попасть в пантеон науки наряду с Пастером, Эйнштейном, Флемингом, Криком, Франклином и Хокингом.