Ученые впервые "вырезали" ген смертельной болезни. Почему это стало сенсацией

Группа ученых из США и Южной Кореи успешно удалила из ДНК человеческого эмбриона ген, приводящий к развитию гипертрофической кардиомиопатии. Это наследственное заболевание, которое встречается у одного из 500 человек и может привести к внезапной преждевременной смерти.

Результаты исследований ученые опубликовали в журнале Nature, а впоследствии о нем написало большинство ведущих изданий мира.

Иначе и быть не могло.

Редактирование генов считается технологией будущего, которая может помочь ученым бороться с болезнями, обусловленными генетически. К ним относится и рак, и десятки других смертельных недугов.

Что сделали ученые

Статья в журнале Nature описывает эксперимент группы ученых под руководством Шухрата Миталипова, который они провели в лаборатории Орегонского университета здравоохранения и науки. Технология, которую они применили, исследуется уже пять лет и называется CRISPR/Cas9, или же просто CRISPR (произносится "криспер").

Как пишет Vox, эксперимент стал большим шагом вперед в области генной инженерии, поскольку исследователи получили лучшие результаты, чем любой из предшественников, применявших CRISPR для вырезания "больных" генов.

Эксперимент прошел удачно в 42 из 58 случаев, то есть успешность была на уровне 72%. После пяти суток развития эмбрионы были уничтожены.

Изначально их не планировали подсаживать для вынашивания в утробу женщины, речь шла лишь о тестировании концепции.

Авторы эксперимента убеждены, что хоть они и сосредоточились на одной конкретной болезни, их техника сработает и на тысячах других мутаций. Они считают, что експеримет доказал - их подход является точным, эффективным и безопасным.

Соорганизатор исследования Пола Амато отметила на пресс-конференции, что перед тем, как перейти к клиническим испытаниям понадобится еще много тестов на безопасность.

"Мы хотим воссоздать исследование с другими мутациями и другими донорами (спермы и яйцеклетки)", - сказала она. В частности, ее лично интересуют мутации BRCA1 и BRCA2, которые повышают риск заболевания раком груди и раком яичников.

Что такое редактирование генов и "дизайнерские дети"

Идея менять гены не нова. Эксперименты над изменением генотипа бактерий, растений, животных и, конечно, человека ведутся уже много лет.

Для тех, кто уже не помнит школьный курс биологии, напомним, что генотип - это последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, ее код, который обуславливает наши черты, внешность, характер и многое другое. В общем в генотипе человека насчитывается до 6,5 миллиардов нуклеотидов.

Ген - это отдельный отрезок ДНК, который отвечает за ту или иную черту. Ученые хотят научиться изменять последовательности ДНК, изымая из нее "плохие" участки, заменяя их "хорошими".

Одна из проблем, которая тормозит стремительное развитие этой отрасли - это этический аспект.

Немало людей называют эксперименты по генной инженерии "игрой в Бога". Они опасаются возрождения евгеники и появления так называемых "дизайнерских детей", то есть личностей с заранее определенными особенностями - цветом глаз, волос, ростом и т.д.

Эти страхи понятны, недаром на эту тему написано немало фантастической литературы. Но реалии науки таковы, что до создания "искусственных людей" с заранее определенными чертами еще очень далеко и неизвестно, вообще ученые смогут ли такое делать. Потому что на самом деле гена голубых глаз или высокого интеллекта не существует - эти признаки являются взаимодействием сотен, а возможно и тысячи генов.

Однако, ген той или иной опасной болезни можно выделить, и именно над этим сегодня работают ученые.

Еще один важный моральный аспект проблемы заключается в том, что приходится экспериментировать на человеческих эмбрионах. Это вызывает раздражение верующих и споры относительно этичности.

Следует понимать, что эмбрионы, которые используются  для экспериментов, не имеют "классического" происхождения. Их получают из лабораторий искусственного оплодотворение от доноров спермы и яйцеклеток. Эксперименты проводят на отбракованных экземплярах.

Например, в 2015 году китайские ученые экспериментировали с эмбрионами, пораженными смертельным наследственным заболеванием крови, бета-талясемией. Год спустя они использовали эмбрионы, поражены ВИЧ.

Тем не менее, эксперименты с эмбрионами ограничены во многих странах. В США прямого запрета нет, но на эксперименты, приводящие к разрушению эмбрионов, запрещено выделять государственное финансирование.

В Китае законы менее жесткие, но эмбрионы после экспериментов все равно уничтожают. В 2016 году разрешение на генные эксперименты с эмбрионами выдали в Великобритании, но с жестким ограничением - на 14-й день развития эмбрионы должны быть уничтожены.

Новейшая технология, рожденная йогуртом

Прорыв в области редактирования генов произошел благодаря появлению CRISPR. Ранее эксперименты по исправлению генотипа стоили тысячи долларов и длились недели, а то и месяцы. Теперь, пишет Vox, эксперимент может стоить $75 и отнимает несколько часов.

Еще одна важная деталь заключается в том, что "криспер" действует точнее, чем все известные предыдущие методы. А позаимствовали технологию исследователи в природе, и как это часто бывает, случайно.

В 1987 году японские ученые, изучая бактерию кишечной палочки заметили необычную последовательность в ее молекуле ДНК. Впоследствии другие ученые нашли такую же последовательность у других бактерий и назвали ее CRISPR (сокращенно от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, что в переводе означает сгруппированные с одинаковыми промежутками короткие палиндромные повторы).

В 2007 году ученые, изучая бактерию, которая используется для выработки йогуртов, случайно заметили, для чего же бактериям нужны те последовательности. Оказалось, что они являются частью механизма борьбы с вирусами.

От разрезания вирусов до разрезания генов

Работает все очень просто. По своей природе вирус - это чаще всего молекула ДНК, завернутая в белковую оболочку. Во время атаки на клетку (например, бактерию) он подменяет материнскую собственной ДНК и клетка начинает воспроизводить не свои копии, а копии вируса.

Бактерии с помощью молекулы РНК (фактически, это та же самая ДНК, но не с двумя, а одной спиралью) делают "фотографию" молекулы ДНК вируса, который ее атакует и добавляют в базу данных. Во время следующей атаки специальный энзим, который выделяет бактерия, сопоставляет "фотографию" с вирусом. Если совпадение есть, он режет вирусную ДНК на куски.

Иллюстрация, демонстрирующая работу "криспера". Желтым обозначены ДНК, голубым - РНК, а красным - энзим Cas9. Фото: molekuul.be/Alamy/Vida Press

Энзим, способный разрезать на куски ДНК, получил название Cas9. Ученые обнаружили, что ему можно подсунуть искусственную РНК, и он проведет операцию по вырезанию "плохого" гена. Более того, фермент может не только удалять нежелательные участки, но и вставлять на их место новые.

Технология очень проста и, главное, дешева. Как правило нужную РНК в эмбрион доставляют с помощью вируса, а далее уже происходит процесс "ремонта".

За последние пять лет экспериментов с "криспером" ученые значительно усовершенствовали технологию. Например, научились точнее "прицеливаться", чтобы удалялся нужный ген и не вносились нежелательные изменения на других участках.

Собственно, именно точность редактирования генов вызывает беспокойство исследователей. Необходимо достичь такого уровня таргетинга "криспера", чтобы он не вносил ненужные изменения, которые могут в будущем вызвать появление новых болезней у человека.

Поэтому об использовании технологии на эмбрионах, которые потом будет вынашивать женщина, еще не говорится. Это дело недалекого будущего.