Взломать Дарвина: генная инженерия и будущее человечества: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

• в 2013 году исследователи из Нидерландов опробовали CRISPR-Cas9 на стволовых клетках человека, чтобы устранить дефект, способствующий развитию муковисцидоза[150];

• в 2014 году ученые использовали CRISPR-Cas9 для изменения клеток печени у мышей, моделируя наследственную тирозинемию человека[151];

• в 2015 году исследователи внедрили CRISPR-Cas9 для редактирования эндогенных бета-глобиновых генов в клетках человека, мутация которых вызывает заболевание крови – бета-талассемию[152];

• в 2016 году ученые использовали CRISPR-Cas9 для извлечения ВИЧ из ДНК иммунных клеток человека и предотвращения повторного инфицирования неотредактированных клеток[153];

• в 2017 году исследователи впервые успешно использовали CRISPR-Cas9 на эмбрионе человека, чтобы исправить дефект в гене MYBPC3, который вызывает гипертрофическую кардиомиопатию[154];

• в 2018 году ученые показали, как новая методика редактирования генов с помощью CRISPR-разрывов отдельных точек в ДНК пациента потенциально исправляет большую часть 3000 мутаций, вызывающих миодистрофию Дюшенна[155];

• в 2019 году исследователи показали, что CRISPR-Cas9 можно комбинировать со специальной гРНК, чтобы предельно точно редактировать человеческие клетки и исправлять генетическую мутацию, вызывающую серповидно-клеточную анемию.

Научные достижения наступают необычайно быстро, а идеи и инновации взаимно обогащают друг друга. Поэтому нет сомнений, что после выхода этой книги будет объявлено о новых чудесах, связанных с CRISPR. Кроме того, в ближайшие годы обязательно появятся еще более точные технологии, чем CRISPR. Официальный представитель FDA Скотт Готлиб в 2018 году метко сказал: «Генная терапия станет основой для лечения и, возможно, даже способом лечения многих самых разрушительных и трудноизлечимых болезней человека»[156]. Одобрение концепции по редактированию человеческих клеток для лечения ужасных заболеваний позволит нам легче и увереннее использовать CRISPR и аналогичные инструменты для точного и безопасного редактирования генома человека. По мере того, как уровень комфорта будет расти, ученые, врачи и будущие родители станут все чаще спрашивать, почему эти возможности нельзя использовать в первую очередь для предотвращения страшных заболеваний.

Митохондрии – это крошечные энергоблоки клетки. Митохондриальные структуры, плавающие в цитоплазме клетки (если сравнить клетку с яйцом, то ядро будет желтком, а цитоплазма – белком), достались нам от симбиотических бактерий, которые попали в наши клетки сотни миллионов лет назад. Практически все наши гены (а их около 21 000) находятся в клеточном ядре, однако 37 из них расположены в митохондриях. В отличие от ядерной ДНК, представляющей собой комбинацию ДНК от обоих родителей, митохондриальная ДНК (мтДНК) почти полностью передается от матери.[157]

У большинства людей митохондрии здоровые и позволяют телу получать всю необходимую энергию из клеток. Однако у 1 из 200 человек встречается особая мутация мтДНК, вызывающая заболевания, и примерно у 1 из 650 проявляются симптомы митохондриального заболевания. В основном эти опасные мутация поражают детей, часто вызывая полиорганную недостаточность. Как правило, с возрастом симптоматика осложняется, приводя к значительному поражению клеток мозга, печени, сердца и других систем организма.

Если бы каждый человек с митохондриальной болезнью умирал в юном возрасте, эта болезнь давно бы исчезла из нашего генофонда. Но, как правило, потомкам митохондриальные патологии матери передаются неравномерно, из-за чего одни дети успевают прожить здоровую жизнь, другим приходится учиться существовать с этой болезнью, а третьи умирают страшной смертью в юном возрасте.

Тысячелетиями родители с митохондриальным заболеванием не понимали, почему их дети страдают, и во всем обвиняли судьбу. Но шведский эндокринолог Рольф Люфт не стал винить злой рок. Он первым поставил диагноз «митохондриальное заболевание» пациенту в 1962 году. Несмотря на то что в первые годы в понимании природы митохондриальных заболеваний был достигнут огромный прогресс, поиски лекарства и способов предотвращения его передачи от матери ребенку успехом не увенчались.

В 1990-х годах Жак Коэн и его коллеги из Института репродуктивной медицины и науки в Нью-Джерси первыми ввели жидкость из цитоплазмы здоровой яйцеклетки в яйцеклетку, цитоплазматические аномалии которой могли приводить к бесплодию. Несмотря на то что у 17 детей, рожденных после этой процедуры, митохондриальных заболеваний не было, у двух плодов обнаружили серьезное генетическое заболевание[158]. В ответ на это в 2001 году FDA обязала клиники подавать заявки на одобрение этой процедуры. Из-за слабых показателей безопасности на этот шаг решились лишь немногие клиники. И ни одна из них не получила нужного разрешения.

И все же основная наука не стояла на месте. За последнее десятилетие команды из США и Великобритании разработали две новые процедуры митохондриального переноса. В первом случае здоровое ядро, извлеченное из яйцеклетки предполагаемой матери с дефектной митохондрией, удаляли и помещали в денуклеированную яйцеклетку женщины-донора без митохондриальной патологии. То есть в яйце как бы оставили желток, но заменили белок на донорский. В другой процедуре те же манипуляции проводили с эмбрионом на ранней стадии после оплодотворения яйцеклетки: ученые удаляли ядро и помещали его в денуклеированный эмбрион-донора от родителей.

Этим методом заинтересовались многие будущие матери с митохондриальными заболеваниями. Но некоторые наблюдатели выразили беспокойство. Митохондриальный перенос – это терапия наследственных заболеваний. Дочь, рожденная с донорскими митохондриями, передаст эту митохондриальную ДНК своей дочери и т. д. (Вот почему женщины, пытающиеся изучить свою родословную с помощью тестов ДНК, могут узнать информацию о матери, бабушке, прабабушке, прапрабабушке и далее вглубь веков до нашего общего человеческого предка – «митохондриальной Евы», жившей на свете около 160 000 лет назад.) Несмотря на то что общее количество донорской ДНК у ребенка, рожденного после митохондриального переноса, мало, с точки зрения науки любое изменение ДНК для всех будущих поколений человека – это событие огромной важности.

Из всех стран именно Великобритания провела больше всех работ по изучению митохондриальной терапии и сфер ее применения. Вскоре после того, как в 1978 году в Манчестере родилась Луиза Браун – чудо-малышка из «пробирки», – в Великобритании создали следственный комитет по расследованию случаев оплодотворения и эмбриологии человека. В 1984 году комитет подготовил специальный доклад о будущем искусственного оплодотворения, а затем в 1987 году представил Белую книгу с изложением законодательно закрепленного алгоритма действий на будущее. Эта чрезвычайно важная работа достигла своего апогея в 1990 году с принятием закона «Об оплодотворении и эмбриологии человека», который поспособствовал, как вы уже догадались, созданию Национального управления по оплодотворению и эмбриологии человека (The Human Fertilisation and Embryology Authority, или HFEA). С тех пор HFEA проделало впечатляющую работу по контролю и регулированию репродуктивных технологий по всей Британии.

И хотя закон 1990 года не учитывал и, следовательно, не мог прямо разрешить митохондриальную терапию, этот вопрос вынесли на обсуждение в 2010 году, когда исследователи обратились в министерство здравоохранения и социального обеспечения Великобритании с просьбой внести изменения в регуляторные нормы и разрешить митохондриальный перенос. Вместо того чтобы вынести простое регуляторное решение, правительство Великобритании запустило интенсивный пятилетний процесс консультаций, включавший серию экспертных групп, общественных форумов, комментариев к законопроектам, а также анализ эффективности затрат со стороны Министерства здравоохранения. В 2015 году вопрос о том, следует ли наделить HFEA полномочиями на санкционирование клинических испытаний, был поставлен на пленарное голосование обеих палат парламента и принят единогласно. Затем HFEA дождалось результатов дополнительных исследований и собрало еще больше экспертных комиссий по вопросами безопасности и эффективности митохондриального переноса[159].

В марте 2017 года британское HFEA выдало первую врачебную лицензию на использование метода митохондриального переноса на человеческом эмбрионе с последующей имплантацией в организм матери. После одобрения первых двух заявок 1 февраля 2018 года можно смело утверждать, что первый британский ребенок, родившийся с помощью митохондриального переноса, скорее всего, появится на свет уже в 2019 году[160]. Успешная реализация этой первой в истории процедуры наследственной генной инженерии, спонсируемой государством, стала монументальным шагом не только для Соединенного Королевства, но и всего человечества, и британцы ответственно отнеслись к своей роли.

В Америке процесс рассмотрения митохондриального переноса оказался более бюрократическим. FDA официально запретил митохондриальный перенос в 2001 году, сразу после расширения своих полномочий. Затем в 2016 году конгресс запретил FDA санкционировать даже проведение клинических испытаний по митохондриальной заместительной терапии. Несмотря на наличие нескольких экспертных групп по этому вопросу, FDA все еще не разрешало проводить клинические испытания – отчасти потому, что спорная политика против абортов в США чрезвычайно осложняет любые обсуждения, связанные с эмбрионами. Даже после того, как в докладе Национальной академии наук, инженерии и медицины США за 2016 год были опубликованы выводы, что ограниченное применение методов митохондриального переноса может быть оправданным для эмбрионов мужского пола (как гарантия того, что данные генетические изменения не передадутся следующим поколениям), законодательный запрет США на процедуру все еще остается в силе.

Но до того, как была выдана первая британская лицензия, и вопреки запрету на митохондриальный перенос в США пара из Иордании обратилась за этой услугой к нью-йоркскому врачу Джону Чжану. Поскольку провести эту процедуру в США легально не представлялось возможным, Чжан согласился поехать в Мексику, в которой в тот момент не существовало правовых регламентов в данной области. Когда в сентябре 2016 года стало известно о первом рожденном с помощью митохондриального переноса младенце, ребенок пары уже достиг пятимесячного возраста. Чжан беспрепятственно вернулся в Нью-Йорк и вскоре объявил о создании новой компании с броским названием Darwin Life, которую сам врач охарактеризовал как «расширяющую границы вспомогательных репродуктивных технологий»[161]. В январе 2017 года врачи на Украине перенесли ядро эмбриона с митохондриальной болезнью в денуклеированное ядро эмбриона-донора без этого заболевания, в результате чего на свет появился еще один здоровый ребенок[162].

Если будущие матери – носители митохондриальных заболеваний живут в тех странах, где митохондриальный перенос законодательно разрешен, им открывается полный спектр возможностей. Конечно же, всегда можно пойти на усыновление. Однако если женщина хочет родить своего биологического ребенка, то она может рискнуть забеременеть, проверить эмбрион на 10-й неделе беременности и быть готовой к возможному показанию к аборту. Либо просто родить этого ребенка без скрининга и посмотреть, родится ли он со смертельной формой митохондриального заболевания или нет.

Альтернативой станет процедура извлечения яйцеклетки и экстракорпоральное оплодотворение с последующим генетическим скринингом ПГТ[163]. Однако митохондриальное заболевание у эмбрионов на ранней стадии проявляется не всегда. Таким образом, эмбрион, проверенный до имплантации, все еще может оказаться носителем[164].

Если мать, живущая в одной из этих юрисдикций, хочет быть уверенной в том, что ее ребенок не станет носителем митохондриального заболевания, она может заменить цитоплазму своей яйцеклетки как до самого ЭКО, так и сразу после ее оплодотворения. И единственное, чем это грозит, – 0,1 % ДНК ребенка, наследуемой от донора митохондрий.

Но что же делать женщинам, живущим там, где митохондриальный перенос нелегален или попросту недоступен? Разумеется, они тоже могут усыновить ребенка. Или сыграть в русскую рулетку с генетикой. Находясь в юрисдикции с разрешенным митохондриальным переносом, они также могут пройти через ЭКО и ПГТ. Но риск передачи заболевания следующим поколениям все еще остается. Они могут поехать в другую страну. Например, на Украину. Но это дорого, неудобно и обременительно. Есть и иной вариант – объединиться с другими предполагаемыми носителями заболевания, сформировать лоббистскую группу и попытаться легализовать процедуру митохондриального переноса в своей стране.

Именно этим путем пошло сообщество по борьбе с митохондриальными заболеваниями в США. «Мы решительно поддерживаем дальнейшее научное изучение МЗТ [митохондриальной заместительной терапии] ооцитов, а также конструктивные дебаты на тему клинического одобрения этой терапии у женщин с заболеваниями, связанными с мтДНК, – публично заявил Объединенный фонд исследований митохондриальных заболеваний (United Mitochondrial Disease Foundation, или UMDF) из Питтсбурга. – Если будет доказано, что этот метод безопасен и эффективен, то он должен быть доступен семьям, являющимся носителями локальных мутации мтДНК»[165].

Поскольку доказательств безопасности и эффективности митохондриального переноса в Великобритании становится все больше, усиливается и давление правозащитных организаций на другие страны по части финансирования исследований и дальнейшего одобрения наследственной митохондриальной терапии. Политическим деятелям этих стран станет труднее говорить матерям, напуганным перспективой передать потенциально смертельное митохондриальное заболевание своим детям, и лоббистским группам, что те не смогут получить доступ к процедуре митохондриального переноса, которая доказала свою эффективность и безопасность в таких странах с высочайшим уровнем госконтроля, как Великобритания. Скорее всего, со временем митохондриальный перенос станет первой широко используемой процедурой по наследственной манипуляции с генами.

В таком случае родители, которые боятся передать другие смертельные генетические заболевания своим детям, не станут сидеть сложа руки, смирившись с возможным смертным приговором своему потомству. Они потребуют, чтобы самые передовые технологии точного редактирования генов использовались для целенаправленных изменений, способных уберечь будущих детей от страданий. По мере открытия все новых возможностей генной инженерии эмбрионов по предотвращению болезней и улучшению здоровья спрос со стороны родителей будет только расти.

Практически у каждого значимого генетического заболевания есть собственная социальная сеть; у многих из них также есть политически влиятельные лоббистские группы. Ежегодно общественные движения, занимающиеся отдельными заболеваниями, тратят много миллионов долларов, оказывая давление на правительство США. На каждую 1000 долларов, вложенную в пропаганду, в среднем приходится 25 000 долларов США, которые Национальный институт здравоохранения выделит на финансирования исследования конкретного заболевания в следующем году[166]. Трудно представить себе, чтобы правительство США, на которое в значительной степени влияют интересы инициативных групп и правозащитных организаций, в конце концов не поддержало изучение и клинические исследования самых перспективных методов лечения генетических заболеваний – даже тех, которые вносят наследуемые изменения в геном предымплантированных человеческих эмбрионов.

Большие шаги в сторону создания возможностей для генной инженерии предымплантированных человеческих эмбрионов активно подкрепляют развитие отрасли.

В апреле 2015 года ученые из Университета им. Сунь Ятсена в Гуанчжоу, Китай, потрясли мир, рассказав об использовании CRISPR-Cas9 для генетического изменения эмбрионов человека in vitro, чтобы изучить зачастую смертельное заболевания крови – бета-талассемию[167]. Сами эмбрионы были нежизнеспособными, поскольку их оплодотворили двумя сперматозоидами, а степень точности редактирования была весьма неясной. Тем не менее это первое официальное признание применения CRISPR к ядерной ДНК эмбриона человека вышло за границы морали многих наблюдателей.

[150] Gerald Schwank et al. Functional Repair of CFTR by CRISPR/Cas9 in Intestinal Stem Cell Organoids of Cystic Fibrosis Patients // Cell Stem Cell. – No. 13 (2013). PP: 653–658. URL: http://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(13)00493-1.

[151] Hao Yin et al. Genome Editing with Cas9 in Adult Mice Corrects a Disease Mutation and Phenotype // Nature Biotechnology. – No. 32 (2014). – doi:10.1038/nbt.2884; Yanjiao Shao et al. Cas9-Nickase – Mediated Genome Editing Corrects Hereditary Tyrosinemia in Rats // Journal of Biological Chemistry 293. – Vol. 18 (2018). PP: 6883–6892. – doi:10.1074/jbc.ra117.000347.

[152] Puping Liang et al. CRISPR/Cas9-Mediated Gene Editing in Human Tripronuclear Zygotes // Protein & Cell. – No. 6 (2015). PP: 363–372. URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25894090.

[153] Rafal Kaminski. Elimination of HIV-1 Genomes from Human T-lymphoid Cells by CRISPR/Cas9 Gene Editing // Scientific Reports. – No. 6 (2016).

[154] Hong Ma. Correction of a Pathogenic Gene Mutation in Human Embryos // Nature. – No. 548 (2017). PP: 413–419.

[155] Chengzu Long et al. Correction of Diverse Muscular Dystrophy Mutations in Human Engineered Heart Muscle by Single-Site Genome Editing // Science Advances. – No. 4 (2018). URL: http://advances.sciencemag.org/content/4/1/eaap9004.

[156] Alice Park. Food and Drug Administration Approves a New Way to Use Gene Therapy // Time, 20 декабря 2017 года. URL: http://time.com/5073751/gene-therapy-visual-impairment/ (дата обращения: 17 июня 2018 года).

[157] Некоторые ядерные гены влияют на митохондриальные функции, и некоторые митохондрии влияют на ядерные гены.

[158] Serena H. Chen et al. A Limited Survey-Based Uncontrolled Follow-Up Study of Children Born after Ooplasmic Transplantation in a Single Centre // Reproductive BioMedicine Online 33. – Vol. 6 (2016). PP: 737–744. – doi:10.1016/j.rbmo.2016.10.003.

[159] Rosa J. Castro. Mitochondrial Replacement Therapy: The UK and U.S. Regulatory Landscapes // Journal of Law and the Biosciences. – No. 3 (2016). PP: 726–735. URL: https://academic.oup.com/jlb/article/3/3/726/2566730.

[160] В Великобритании информацию об митохондриальном переносе в эмбрионах до момента рождения ребенка от публики скрывают. Тем не менее логически правильной датой является именно 2019 год, учитывая, что эту процедуру начали применять в 2018, а также опираясь на материалы из частной переписки лиц, непосредственно вовлеченных в медицинский процесс. Поскольку последняя редакция книги «Взламывая Дарвина» была представлена публике в ноябре 2018 года, мы не смогли включить в нее точную дату рождения первого британского ребенка, появившегося после митохондриального переноса. Ian Sample. UK Doctors Select First Women to Have ‘Three-Person Babies’ // The Guardian, дата публикации: 1 февраля 2018 года. URL: https://www.theguardian.com/science/2018/feb/01/permission-given-to-create-britains-first-three-person-babies. Кроме того, Сингапур рассматривает вопрос о возможном старте клинических испытаний митохондриального переноса.

[161] Darwin Life, https://www.darwinlife.com/. Однако в августе 2017 года Чжан получил письмо от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), в котором сообщалось, что его публичное намерение поместить ДНК пожилых женщин в донорские яйцеклетки молодых «не может быть легально проведено в США. Также не разрешен экспорт». См. Ariana Eunjung Cha. This Fertility Doctor Is Pushing the Boundaries of Human Reproduction, with Little Regulation // Washington Post, дата публикации: 14 мая 2018 года. URL: https://www.washingtonpost.com/national/health-science/this-fertility-doctor-is-pushing-the-boundaries-of-human-reproduction-with-little-regulation/2018/05/11/ea9105dc-1831-11e8-8b08-027a6ccb38eb_story.html (дата обращения: 1 июня 2018 года).

[162] Rob Stein. Clinic Claims Success in Making Babies With 3 Parents’ DNA // NPR, дата публикации: 6 июня 2018 года. URL: https://www.npr.org/sections/health-shots/2018/06/06/615909572/inside-the-ukrainian-clinic-making-3-parent-babies-for-women-who-are-infertile (дата обращения: 7 июня 2018 года).

[163] C. Sallevelt et al. Preimplantation Genetic Diagnosis for Single Gene Disorders // Journal of Medical Genetics. – No. 50 (2013). PP: 125–132. URL: http://jmg.bmj.com/content/50/2/125.long.

[164] Shoukhrat Mitalipov et al. Limitations of Preimplantation Genetic Diagnosis for Mitochondrial DNA Diseases // Cell Reports 7. – Vol. 4 (2014). PP: 935–937. – doi:10.1016/j.celrep.2014.05.004.

[165] Mitochondrial Replacement Therapy, United Mitochondrial Disease Foundation. URL: https://www.umdf.org/mitochondrial-replacement-therapy/.

[166] Rachel Kahn Best. Disease Politics and Medical Research Funding // American Sociological Review. – No. 77 (2012). PP: 780–803. URL: http://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0003122412458509; Sara Reardon. Lobbying Sways NIH Grants // Nature. – No. 515 (Ноябрь 2014). P: 19.

[167] David Cyranoski, Sara Reardon. Chinese Scientists Genetically Modify Human Embryos // Nature, дата публикации: 22 апреля 2015 года. URL: https://www.nature.com/news/chinese-scientists-genetically-modify-human-embryos-1.17378.