Первые статьи (1 и 2) о редактировании генов с помощью технологии CRISPR появились в 2012 году. Всего шесть лет спустя китайский биолог Хэ Цзянькуй использовал метод — по общему мнению, с нарушением этических норм — для редактирования генома человека. На протяжении этих лет применение CRISPR в медицине и биотехнологиях было предметом патентного спора между двумя научными коллективами: Университетом Калифорнии в Беркли, где работает одна из первооткрывательниц технологии Дженнифер Дудна, и Институтом Брода в Массачусетсе, первым заявившем о возможности редактирования генов в клетках млекопитающих. В 2018 году в истории произошел новый поворот: техника CRISPR была успешно использована для задач, не связанных с изменением генов. Оказалось, что метод имеет огромный потенциал для медицинской диагностики: две статьи на эту тему вышли практически одновременно. Основными соперниками вновь стали биологи из Калифорнии и Массачусетса.
Как CRISPR помогает разыскать вирус
Система бактериального иммунитета CRISPR попала в поле зрения исследователей еще в 1980-х гг. Возможности ее практического применения основываются в том факте, что система способна с огромной точностью находить определенную последовательность ДНК (в случае бактерий — это последовательность хромосомы бактериального вируса, атакующего клетку). В сочетании с белком Cas9 система позволяет вносить точечный разрыв в заданную точку генома, на чем и основана классическая система редактирования генов, описанная в 2012 году.
Однако способность точно находить указанную генетическую последовательность сама по себе представляет большую ценность — в частности, для медицинской диагностики. Вирусы, атакующие организм человека, содержат не только уникальные вирусные белки, но и уникальные последовательности вирусных генов. Классические методы иммунодиагностики основаны на распознавании белков с помощью антител. В последние десятилетия широкое распространение получила диагностика с помощью полимеразной цепной реакции (PCR), суть которой в поиске генетических маркеров инфекционного агента с известной последовательностью нуклеотидов. Метод CRISPR-диагностики также основан на распознавании генетических маркеров, однако отличается от PCR-диагностики быстротой, простотой и сравнительной дешевизной.
Вариант метода, предложенный группой Фэна Чжана из института Брода в Массачусетсе, основан на применении белка Cas13. От Cas9 он отличается тем, что после узнавания своей мишени вместо одиночного разреза в указанном месте начинает разрушать все молекулы РНК в зоне своей досягаемости. Для диагностики используют молекулы РНК, к одному концу которых прикреплена молекула красителя, а к другому — вещество, блокирующее окраску. Когда система распознает вирус, соответствующий заданному образцу, белок начинает разрушать молекулы РНК, так что краситель высвобождается «из-под гнета» ингибитора. В результате реакционная смесь окрашивается. Такую реакцию можно проводить на бумажной полоске, в чем-то похожей на классический тест на беременность. Метод получил название SHERLOCK.
Метод, предложенный группой Дженнифер Дудны, очень похож. Тестовая система получила название DETECTR и основана на белке Cas12a, который действует в целом так же, как и Cas13, но разрушает не РНК, а ДНК.
Оба метода обладают схожей — и очень высокой — чувствительностью (порядка аттомолей нуклеиновой кислоты). Эффективность SHERLOCK была продемонстрирована в диагностике вирусов денге, Зика, Эболы, и совсем недавно во время распространившейся в Нигерии эпидемии, лихорадки Ласса. Система DETECTR была использована для дифференциальной диагностики двух типов папилломавируса, связанных с раком шейки матки и прямой кишки.
Особенно интересны перспективы применения новых диагностических систем в развивающихся странах. Диагностические наборы сравнительно дешевы и, что особенно важно, анализ не критически зависит от бесперебойной подачи электричества. Этим метод разительно отличается от PCR, где даже минутный перепад напряжения способен испортить результат. Анализ занимает всего пару часов, против примерно 6 часов в случае PCR-диагностики.
Кто был первым
Вопросы научного приоритета в области технологии CRISPR практически не вызывают споров. Приоритет делят между собой три исследователя: Дженнифер Дудна из Университета Калифорнии в Беркли, Эммануэль Шарпентье из Швеции и Виргиниюс Шикшнис из Вильнюсского университета. Первой в 2012 поступила в редакцию статья Шикшниса и его коллег, но была отклонена без рецензирования. В результате первой вышла статья Дудны и Шарпентье, и лишь через месяц появилась статья литовских биологов.
Приоритет группы Шикшниса был окончательно признан в 2018 году, когда все трое первооткрывателей были удостоены премии Кавли (норвежского аналога Нобелевской премии). В 2015 году Дудна и Шарпентье стали лауреатами премии Brealthrough Prize, учрежденной Юрием Мильнером, но тогда Виргиниюс Шикшнис в число лауреатов не вошел.
Фэн Чжан из Института Брода (MIT) на научный приоритет не претендовал, однако именно его группа стала главным действующим лицом патентного диспута, начавшегося еще в 2012 году. В их патентной заявке было прямо указано на возможность применения метода для редактирования генома млекопитающих. В заявке Дудны, поданной на месяц раньше, такой оговорки не было. В последующей тяжбе, закончившейся в сентябре 2018 года победой исследователей из Массачусетса, камнем преткновения для юристов стало понятие «неочевидности»: юристы университета в Беркли настаивали на том, что применение технологии на млекопитающих «очевидно», а массачусетская сторона это оспаривала, в чем и достигла успеха. Эммануэль Шарпентье заявила, что не намерена вмешиваться в патентный диспут американских коллег, и сдержала свое слово.
Следует отметить, что белок Cas12a, использованный группой Дудны в системе DETECTR, был запатентован Фэном Чжаном еще в 2015 году. Тем не менее, в заявке не упоминалось о том, что он может использоваться в системах диагностики. Таким образом, понятие «неочевидности» может на этот раз стать оружием уже другой стороны в споре. Тем временем калифорнийские исследователи работают над усовершенствованием системы DETECTR с использованием белков Cas14 и Cas X. Не исключено, что патентные разногласия двух групп исследователей вскоре выйдут на новый виток. Обе группы работают над системами многоканальной диагностики, для которых желательно использовать как можно больше разных CRISPR-ассоциированных белков, и «поделить по-честному» различные элементы системы бактериального иммунитета между разными группами вряд ли получится.
Патенты и прогресс
Среди соучредителей первого стартапа для коммерческого использования CRISPR — Editas Medicine — были как Фэн Чжан, так и Дженнифер Дудна. Однако после начала патентного спора Дудна вышла из стартапа и учредила собственную компанию Intellia Therapeutics. В настоящее время интеллектуальная собственность группы Дудны передана компаниям Intellia Therapeutics, CRISPR Therapeutics и Caribou Biosciences: последней принадлежат 7 патентов США на технологии CRISPR. Институт Брода владеет 13 патентами, и еще 14 принадлежат Гарварду. Держателем одного патента США является и Вильнюсский университет. Всего по состоянию на осень 2017 года в США было зарегистрировано 80 патентов на CRISPR-технологии, а в мире — более 200. Подробный анализ ситуации с лицензированием разработок в области CRISPR два года назад был опубликован в Science, однако с тех пор в ней произошли перемены.
Права на диагностическую систему SHERLOCK принадлежат компании Editas Medicine. В Калифорнии для развития диагностических систем DETECTR Дженнифер Дудна основала отдельную компанию, Mammoth, которой и переданы права на технологию.
В 2017 году компания MPEG LA (Колорадо) предложила патентодержателям в области CRISPR создать общий патентный пул, который облегчал бы лицензирование для биотехнологических стартапов. Массачусетские исследователи поддержали инициативу и уже предоставили 22 собственных патента, как одобренных, так и ожидающих рассмотрения. Тем не менее, процесс интеграции интеллектуальной собственности идет не слишком быстро, и с юридической точки зрения область лицензирования CRISPR-технологий остается сложной для навигации.
В 2018 году мировой рынок CRISPR-технологий оценивался примерно в полмиллиарда долларов, однако в течение ближайших пяти лет ожидался рост до $3 млрд. Согласно другим оценкам, к 2027 году рынок достигнет $10 млрд. Глава инвестиционного фонда Atem Capital Антон Гопка отмечает, что к подобного рода оценкам и прогнозам следует относиться с осторожностью: «Технология CRISPR достаточно молодая и пока не используется в промышленном масштабе. Основное применение технологии в настоящее время находится на исследовательской стадии».
По мнению Гопки, интерес инвесторов к отрасли довольно высок, несмотря на ряд факторов, которые в обычных обстоятельствах делали бы инвестиции неприемлемо рискованными: «Это не только крайне непростые патентные споры, но и постоянные проблемы со стабильностью технологии, отсутствие массива данных по применению технологии на людях, неочевидные регуляторные аспекты».
По сообщению профессора «Сколтеха» и Рутгерского университета (Нью-Джерси) Константина Северинова, ведущего российского эксперта по CRISPR-технологиям, ему не известны российские стартапы, ориентированные на коммерческое использование этой технологии в биомедицине.