В середине ноября американские ученые впервые применили генную терапию для редактирования генов in vivo (внутри организма человека). Это новый этап в генной терапии, так как клинические исследования, которые были начаты ранее в Китае и США, изучают безопасность редактирования генома клеток, извлеченных из организма, с последующей подсадкой испытуемому.
Пациент калифорнийской клиники, 44-летний Брайан Мадо (Brian Madeux) получил внутривенное вливание с миллиардами копий «правильного» гена и молекулярным инструментом для его вставки в разрезанный в нужном месте геном.
Брайан страдает синдромом Хантера — редким наследственным заболеванием, при котором в организме наблюдается дефицит ряда ферментов, что приводит к накоплению в клетках избыточного количества жиров и белково-углеводных комплексов. За свою жизнь он уже перенес 26 операций и зависит от еженедельных доз препарата стоимостью от $100 000 до $400 000 ежегодно. Врачи рассчитывают, что в случае успешного редактирования даже 1% клеток печени пациента его организм научится производить недостающие ферменты самостоятельно. Итог операции планируется оценить в течении месяца.
Редактирование генома дает надежду пациентам, которым не может помочь современная медицина. Редкие наследственные заболевания, которыми они страдают, приводят к серьезным ошибкам в ДНК — инструкции, по которой организм собирает инструменты, обеспечивающие его корректную работу. Последствия таких ошибок оказывают системное разрушительное действие, которое невозможно полностью компенсировать симптоматическим лечением. Пациенты с серьезными наследственными заболеваниями редко доживают до преклонных лет. Только исправив саму ошибку — заменив ген с мутацией на его «эталонный» вариант — можно если не решить проблемы со здоровьем пациента, то хотя остановить его ухудшение.
Инструменты для направленного редактирования генома существуют уже миллионы лет — комплекс CRISPR/Cas, о котором сейчас говорят все, – это система иммунной защиты бактерий от атакующих их вирусов. «Цинковые пальцы», которые применили в данном случае, наши клетки используют, в частности, для правильной репликации (копирования) ДНК на концах хромосом. Но только в последнее время ученые обнаружили их и научились управлять ими.
Ни один из этих инструментов не лишен недостатков: комплекс CRISPR/Cas наиболее прост в дизайне и делает меньше ошибок в распознавании, но нуждаются в специальной трехнуклеотидной последовательности рядом с мишенью — а значит, может быть применен не во всех областях генома. «Цинковые пальцы» требуют сложных процедур для получения белка с нужной специфичностью и чаще вносят нежелательные мутации. Человечество только начинает разбираться с тем, какие подарки подготовила для нас эволюция: пока врачи подбирают способ их безопасного использования, молекулярные биологи изучают клеточные механизмы бактерий и эукариот в поиске все новых молекулярных инструментов.
Как правило, такие открытия происходят случайно: например, систему CRISPR обнаружили сотрудники R&D отдела компании Danisco, когда изучали вирусы, поражающие молочнокислых бактерий и тем самым нарушающие производство йогуртов. Сейчас биоинформатики создают программы, которые анализируют базы уже прочитанных геномов различных бактерий и ищут в них кластеры генов, которые могут кодировать CRISPR-подобные системы. Наука все еще не научилась дизайну сложных белков «по запросу», поэтому нам приходится работать с тем, что создала природа, а эти инструменты, к сожалению, не вполне совершенны.
Попытки использовать генную терапию сталкиваются с рядом проблем: молекулярные «ножницы» иногда ошибаются с местом разреза и вместе с исправлением существующей мутации (или даже вместо нее!) вносят в геном новую. Вставка нужного гена тоже может приводить к непредсказуемым последствиям: например, активировать другой ген, ответственный за развитие раковых опухолей. Да и инструменты доставки «генных редакторов» в клетки тоже не всегда безопасны: для этого используют вирусы, которые могут вызвать иммунный ответ организма и даже привести к гибели пациента, как это случилось в 1998 году с 18-летним участником одного из экспериментов. А в том случае, если корректирующие копии гена встроятся в геном половых клеток, они передадутся детям пациента, что может привести к непредсказуемым последствиям для их здоровья и для здоровья человечества в целом.
В результате генная терапия внедряется в медицинскую практику очень осторожно, а каждый эксперимент по ее применению привлекает внимание мирового научного сообщества. Это инструмент, который мы только учимся использовать, но даже маленькие успехи на этом пути дают надежду пациентам, которых современная медицина считает неизлечимыми.