что означает генномодифицированный человек
Генетически модифицированные люди будут бессмертны и опасны?
Вернуть молодость и остановить старение вполне реально: для этого необходимо изменить свой генетический код. Чем грозят эксперименты с геномом, рассказал писатель Александр Лаврин.
Генетически модифицированные люди будут бессмертны и опасны?
Вернуть ушедшую молодость и остановить старение вполне реально: для этого необходимо изменить свой генетический код и стать генетически модифицированным человеком. К такому выводу пришли ученые в США, которые замахнулись на эксперимент, состоявшийся впервые в истории человечества. А в качестве первого шага ввели генетический материал в вену добровольной участнице этого исследования, 44-летней американке Элизабет Пэрриш — биотехнологу по профессии и руководителю научно-медицинской компании.
По замыслу экспериментаторов, новый геном должен проникнуть внутрь ядра каждой клетки и запустить там необратимые процессы, которые останавливают старение и омолаживают организм. Таким образом авторы исследования хотят, насколько возможно, добиться эффекта «вечной молодости» и отключить программу старения у ДНК. «Это попытка повернуть вспять биологические часы, вмешавшись в структуру генома человека» — уверяют ученые, которые надеются, что в будущем их метод станут использовать все молодые люди — по принципу прививки, которую делают один раз в жизни.
Тем временем несколько лет назад другие американские ученые объявили, что готовы создать генномодифицированного человека-мутанта, состоящего из генов 11 животных и насекомых. «Геном человека можно и нужно изменять, — говорят они. — Например, „подсадить“ астронавту ген от бактерии, которая выдерживает уровень радиации в 7 раз выше смертельного…».
Чем все это чревато, и каковы шансы на успех? Свое мнение об этом «Росбалту» в рамках проекта «Лучшая половина жизни» высказал Александр Лаврин, писатель, драматург, автор 16 художественных и документальных книг, в том числе фольклорного исследования «Хроники Харона. Энциклопедия смерти».
— Александр Павлович, есть мнение, что попытки вернуть себе вечную молодость — это погоня за призраком. Мол, у нас внутри тикают биологические часы, и когда завод в них кончается, или садятся батарейки, ничего с этим уже не поделаешь…
— В организме существует не одна программа старения и умирания, а несколько. Это как на минном поле — если не сработала первая мина, то взорвется другая или третья. Природа специально поставила такой ограничитель, чтобы живые существа, в том числе и человек, не могли стать бессмертными. Программа старения была вписана в нашу генетическую информацию для того, чтобы снизить внутривидовой накал борьбы за выживание и предоставить ареал обитания новым организмам с измененным генетическим кодом. То есть даже если вы и прожили до 120 лет, эта мина рано или поздно все равно сработает, «часовая бомба» взорвется… Это все — попытки обмануть природу. А она не такая уж дура.
— Имеют ли они хоть какой-то шанс на успех? Можно ли повернуть вспять свое биологическое время?
— Вспять не повернешь, но, скорее всего, возможно замедлить процессы старения. Даже и без подобных опытов, благодаря тому, что развивается медицина, появляются новые эффективные лекарства и стимуляторы, люди в развитых странах живут все дольше. В США, Израиле, Германии средняя продолжительность жизни с 1900 года выросла на целых 40 лет!
— Но вы сами подчеркнули, что это не из-за вмешательства в генетику…
— Вмешательства в геном, даже если они и удадутся, вряд ли дадут человечеству нечто большее, чем новое детище Франкенштейна — правда, с вероятным иммунитетом к любым болезням и неограниченным сроком годности. Люди во всем мире выступают против генетичеки модифицированных продуктов, а тут нам предлагают генетически модифицированного человека. Что с ним станет, как и почему он будет жить? Да и будет ли? Пока реальных доказательств тому нет. Это лишь одна из экстравагантных теорий омоложения, но клинически, на человеке, она не подтверждена.
С другой стороны, понятно, почему ученые все-таки идут на такое экспериментирование, несмотря на риски и запреты. Их главная цель — победа над старостью. Если им удастся внедриться в геном и исправить ход биологических часов клетки, то замедлятся метаболизм и половое созревание, а скорость реагирования нейронов мозга, наоборот увеличится, а значит, возрастут и объемы памяти.
— Чем такой эксперимент грозит его добровольной участнице? Насколько сильно она рискует? И какие вообще могут быть негативные последствия от радикального вмешательства в генетическую природу человека?
— Могут возникнуть патологии, которые сейчас невозможно предусмотреть. Когда вы без спросу влезаете в ДНК, то, разумеется, не в состоянии предвидеть всего. Не исключено, что отважная американка добьется общего (и наверняка временного) улучшения своего самочувствия, но одновременно повредит какой-нибудь другой механизм, регулирующий жизненно важные процессы — то есть сломает, так сказать, «организм в организме». Мы, конечно, уже основательно изучили геном человека, но еще не умеем его «чинить». Наглядный пример: мастер-часовщик, скажем, способен разобрать механизм остановившихся часов, почистить его, заменить пару деталей, и часы снова заработают. Но с биологическими часами у человека пока так не получается.
То есть эксперименты по внедрению в клетку определенных веществ или элементов чужого генома, конечно, проводятся, но нет доказательств, будто то же самое можно сделать со всеми клетками организма. Проблема в том, что клетки головного мозга, сердца, нервной системы, эпидермиса — очень разные типы «ячеек» для строения и жизнедеятельности всех организмов. К каждой из них нужно искать свой подход. Это задача невероятной сложности, которая может оказаться под силу только огромному научному коллективу, возможно, десяткам научных институтов по всему миру. Она явно не по плечу одной женщине. То, что делает Элизабет Пэрриш — хорошо, но хорошо только в том смысле, что научное сообщество нужно время от времени будоражить «безумными» идеями.
— Так все-таки, что больше влияет на старение — наши биологические часы или образ жизни, качество медицинского обслуживания, отсутствие стрессов?
— Думаю, что тут совокупность факторов. Старение неизбежно, но его можно отодвинуть, а молодость продлить, если исключить ряд факторов неблагоприятного воздействия окружающей среды.
— То есть против природы идти нельзя, можно только ее подкорректировать…
— Да, можно. Но не все в силах человека, и даже человечества в целом. Даже основатель компании Apple Стив Джобс или президент Венесуэлы Уго Чавес не смогли справиться со своим недугом. Никакие самые лучше врачи, самые большие деньги и административные возможности их не спасли. И не только их…
По сути, реально бессмертны сейчас только живые существа типа ленточных червей. Вот они действительно способны бесконечно размножаться и делиться, и при известном допущении это можно воспринимать как бессмертие. Все остальные попытки достичь его не принесли результата — ни применение стволовых клеток, ни клонирование. Хотя сил человеческих на эту проблему уже потрачено было немерено. Эликсир бессмертия, к примеру, изобретали в течение многих веков. В VIII в. китайский император Сюань Цзун принял разработанный его алхимиками «эликсир бессмертия», отравился им и умер. В том же Китае считалось, что тайной такого снадобья владеют даосские монахи. По легенде, основатель философской системы дао Чжан Даолан якобы изготовил заветный эликсир, сумел на какое-то время вернуть себе молодость и дожил в районе Тибета до 122 лет.
— Но в случае с Элизабет Пэрриш речь идет не о бессмертии, а всего лишь о борьбе со старостью и дряхлением…
— Большинство современных геронтологов считают, что человек умирает рано не из-за генов, а из-за вредного воздействия внешней среды. То есть видовая продолжительность жизни человека больше связана не с генетическим запасом, а с тем, что большинство людей обречены жить в неблагоприятных условиях. Чем лучше условия — тем длиннее жизнь. В тех же Соединенных Штатах за последние 40 лет число людей, достигших 100-летнего возраста увеличилось в 7-8 раз. Сейчас там живет около 62 тысяч долгожителей, возраст которых больше века. По прогнозам, до ста лет дотянет один из 2 тысяч ныне живущих американцев, а до 95 лет — один из 2,5 тысяч граждан США. Это очень высокие показатели.
В теориях же омолаживания и замедления старения недостатка нет. Например, метод ФПГ — физически полезного голодания. Ряд ученых полагают, что для долголетия нужно выводить шлаки, то есть осуществлять постоянную профилактику очистки организма. Нестандартные эксперименты в этой области проводил, в частности, биолог Сурен Аракелян, который взял старых японских кур и «назначил» им 7-дневный курс ФПГ с одновременным введением антистрессового препарата. Отжившие свой век птицы преобразились: у них выросли новые перья, исчез гребень, голос стал почти цыплячьим, резко повысилась двигательная активность. То же самое Аракелян сделал с коровами и свиньями, продолжительность жизни которых якобы выросла в 3 раза.
Механизм этого феномена, как считает сам ученый, выглядит так: при физиологически полезном голодании организм как бы становится на капитальный ремонт, во время которого из клеток выводится натрий, а на его место из межклеточного пространства попадает калий. То есть всего лишь замена одного химического элемента на другой, похожий, дает удивительный эффект. Секрет в том, что натриевые соли способствуют консервации органических веществ. При обычном питании все продукты жизнедеятельности в клетках как бы консервируются, в том числе и шлаки — главная причина старения.
Кстати, не исключено, что сам Сурен Аракелян тоже омолодился в процессе своих экспериментов и поэтому прожил долгую жизнь — сейчас ему 89 лет.
Крупнейший американский ученый в области биохимии, кристаллограф, лауреат двух Нобелевских премий Лайнус Полинг считал, что использование определенных комплексов витаминов тоже способствует продолжительности жизни. А российский физик и химик, академик Николай Эмануэль, изучив особенности старения полимеров, пришел к выводу, что они очень напоминают признаки надвигающейся старости в живых организмах. Похоже на фотопленку: наступает срок, она мутнеет, теряет гибкость, образуются трещины.
Существует не одна теория, объясняющая так называемый «предел (или лимит) Хейфлика». Еще в 60-е гг. профессор анатомии Калифорнийского университета Леонард Хейфлик обнаружил границу числа делений соматических клеток, которая составляет примерно 50-52 деления. Клетки начинают проявлять признаки старения, когда приближаются к своему «полтиннику». Такое число деления записано в ядре ДНК. И его, к сожалению, не изменить. Во время экспериментов ядро клетки, которое делилось уже 40 раз, пересаживалось в молодую клетку, делившуюся всего раз 5-10. Но через 10 делений молодая клетка все равно погибала…
Ученые объясняют это, в частности, накоплением случайных повреждений гена при репликации клетки. Суть в том, что при каждом клеточном делении действуют факторы среды: дым, радиация, химикаты, продукты распада клеток, мешающие точному воспроизведению ДНК в следующем поколении. В организме есть много ферментов, следящих за копированием клетки и устраняющих неполадки. Однако все их они «отловить» не в состоянии. В итоге повреждения ДНК накапливаются и приводят к неправильному синтезу белков, а затем становятся причиной болезней старения.
Но человек в этом плане зависит в значительной степени не от генов, а от набора своих болезней. Три главных заболевания, из-за которых умирают современные люди — инфаркт миокарда, инсульт и онкология. Как бы мы ни старались модифицировать свои гены, от этих угроз здоровью и жизни никуда не деться… Дело не только в генетически запрограммированном старении клеток, но и в эффективности системы клеточной защиты — чтобы мембраны клетки не пропускали определенные вредные вещества, не позволяли разрушать ее раньше времени.
Возможно, внутрь клетки надо вводить не генный материал, а вещества, которые «ремонтируют» ДНК. Для этого в ряде случаев, например, используется пигмент бета-каротин, комплексы витаминов, фермент супероксиддисмутаза и другие антиоксиданты.
— Чем могут быть опасны для обычных людей генетически модифицированные индивидуумы?
— Кто же это знает? Может, у них будет меняться сознание, появятся проблемы с психикой. В их организме могу возникнуть и модифицироваться новые вирусы, перед которыми медицина окажется бессильна… Появится, по сути, принципиально новое существо, а значит, и новые типы болезней. Вспомните истории с возникновением СПИДа, «птичьего гриппа», лихорадки Эбола: вдруг, будто ни с того ни с сего, они начинали развиваться с невероятной скоростью, а потом захватывали целые регионы. Так же и здесь — вместе с изменением клетки станут меняться и микроорганизмы, штаммы вирусов. В итоге, мы получим целый букет заболеваний, которые до сих пор не были известны. А можем и не получить. Это генетическая рулетка.
Есть и другая точка зрения: скажем, человечеству в будущем угрожают пандемии гриппа, поскольку этот вирус быстро мутирует. А если учесть, что скорость мутаций возбудителя СПИДа выше в десятки раз, то в будущем ВИЧ наверняка приобретет воздушно-капельный путь передачи. Чтобы защитить человека от этого, нужен очень мощный искусственный иммунитет. Без внедрения в геном создать его невозможно…
— Получается палка о двух концах: на одной чашке весов «вечная молодость», а на другой, увы…
— Так бывает всегда. С одной стороны, изобрели радикальные лекарства — прививки от оспы, пенициллин, антибиотики, спасшие немало жизней. Но одновременно цивилизация «дарит» нам и новые типы болезней, в том числе и тех, которые не лечатся никак и ничем, ни за какие деньги и ни в каких лучших современных клиниках — вроде, например, болезни Альцгеймера.
— Значит, экспериментируя с генами, мы каждый раз открываем ящик Пандоры?
— Можно сказать и так. При изменении генома человека неизбежно преобразуется и его иммунная система. И не исключено, что некоторые вирусы и заболевания, с которыми она пока что справляется, взломают эту защиту, а человечество получит очередную пандемию. Так стоит ли останавливать время?
Эксперименты с геномом: Зачем редактируют людей?
В конце ноября мир облетела весть о том, что в Китае появились на свет трансгенные дети. О чем идет речь, были ли еще подобные эксперименты, и почему общество не всегда приветствует изменение генома человека?
Ученый Хе Цзянькуй (He Jiankui) из города Шэньчжэнь заявил, что создал генетически модифицированные эмбрионы, а женщина, которая их получила, забеременела и недавно родила двух девочек. Перед открытием научной конференции в Гонконге Хе Цзянькуй также рассказал коллегам, что подсаживал измененные эмбрионы семерым бесплодным женщинам, но выносила и родила только одна.
Каких-либо подтверждений в научной литературе этому факту пока нет, однако ученый подтвердил свои слова в интервью агентству Associated Press.
Доктор Хе сообщил журналистам, что им был создан эмбрион, геном которого отредактирован таким образом, что в случае попадания вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) в организм человек не будет носителем этой инфекции, и у него не разовьется СПИД.
Сообщается, что после широкой огласки этого факта собственный университет приостановил деятельность ученого, в руководстве научного учреждения заявили, что ничего не знают об эксперименте. Но эта информация спровоцировала очередную острую дискуссию о законодательном регулировании таких экспериментов и их моральной стороне.
Хе Цзянькуй. Фото: www.globallookpress.com
Это недобросовестная практика. эксперименты на людях — это аморально или этически необоснованно,
— заявил в интервью агентству AP доктор Киран Мусунуру (Kiran Musunuru) из Университета Пенсильвании, эксперт по генному редактированию и редактор журнала о генетике.
Это слишком преждевременно, — считает доктор Эрик Топол (Eric Topol), глава Научно-исследовательского института Скриппса в Калифорнии. — Тут мы, по сути, создаем «инструкцию по эксплуатации» человеческого существа. Это серьезная задача.
Другой известный ученый из Гарвардского университета Джордж Черч (George Church) встал на защиту генного редактирования как средства от ВИЧ. Он назвал вирус крупнейшей и растущей угрозой здоровью людей. Иными словами, ученый считает возможной модификацию человека для защиты от вируса уже на данном этапе развития медицины.
Другие наблюдатели задаются вопросом о том, насколько обоснованно вмешательство в геном в этом конкретном случае? Ученые давно работают над созданием вакцины против ВИЧ, но даже ее испытания — процедура небезопасная.
Однако китайский эксперимент на реальных людях — не первая попытка внесения изменений в геном человека.
Репродуктивная медицина
В конце прошлого века мир облетела сенсация: ученые из штата Нью-Джерси в США помогли родиться детям, имеющим ДНК трех родителей.
Действительно, в Медицинском центре Института репродуктивной медицины и репродуктологии Святого Варнавы благодаря методу так называемой ооплазменной трансплантации в 1997 году на свет появились 15 здоровых младенцев. Но речь шла о новом способе лечения бесплодия, чуть более усовершенствованном ЭКО. Цитоплазму (желеобразный материал, окружающий ядро клетки) трансплантировали из донорской яйцеклетки в яйцеклетку бесплодной женщины, которую уже затем оплодотворили и подсадили обратно в организм будущей матери. Таким образом, считают ученые, они помогли забеременеть женщинам, имеющим дефект яйцеклетки.
Споры о том, является ли эта технология недопустимым вмешательством в геном, продолжаются.
Противники эксперимента говорят о том, что с ооплазмой в яйцеклетку могут быть внесены донорские митохондрии. Эти компоненты клетки обеспечивают ее энергетический обмен и обладают собственными генами, то есть в данном случае генами третьего лица. Отсюда и возник вызвавший споры тезис: «две матери — один отец».
Модифицированные космонавты
Много лет ведутся дискуссии и о том, можно ли проводить генетический отбор среди людей тех или иных профессий. Или вообще как-то изменять их геном для повышения уровня их профессионализма, когда такое станет возможным.
Производить отбор по ДНК среди космонавтов предлагает известный генетик Крейг Вентер, руководивший проектом по расшифровке генома человека, апологет синтетической биологии и директор собственного института J. Craig Venter Institute. «Генные технологии могут оказаться очень полезными в процессе отбора космонавтов, производимом НАСА», — считает Вентер, которого несколько лет назад цитировал портал space.com. По его мнению, НАСА могло бы сканировать геномы кандидатов на полет, чтобы выбрать идеального космонавта. Если у человека обнаружатся гены, кодирующие восстановление костной ткани, то это будет фактором, влияющим на отбор, так как разрушение костей является самым типичным побочным эффектом пребывания в невесомости.
Фото: ESB Professional / Shutterstock.com
Вентер также заявил о возможности изменять геном космонавтов с тем, чтобы они легче справлялись со сложностями космического полета. Например, бактерия Deinococcus radiodurans выдерживает (ее ДНК восстанавливается) уровень радиации в семь тысяч раз выше того, который убивает человека. Если ученые смогут перенести ее ДНК в геном космонавта, люди, как он считает, забудут о проблеме сильной солнечной радиации в космосе.
Генная терапия
В последние годы большую популярность также набирает генная терапия, то есть лечение тяжелых заболеваний при помощи генной инженерии. И это напрямую связано с внесением направленных изменений в геном человека. В медицинской литературе описаны различные способы доставки «исправленных» генов в организм человека, если доказано, что какой-то ген, имеющий дефект, приводит к развитию заболевания. Специалисты используют для этого кровь самого человека, клетки других органов и даже аэрозоли.
Как правило, при разработке и подборе генной терапии для тяжелых болезней ученые среди прочего выясняют: будет ли безопасна экспрессия (преобразование информации в белок или РНК) нового гена, насколько безопасно попадание реконструированного гена в другие ткани, как долго будет функционировать модифицированная клетка, будут ли атакованы новые клетки иммунной системой организма хозяина.
Считается, что большие перспективы есть у лечения таким способом онкологических заболеваний, тяжелых иммунодефицитов, сахарного диабета и других серьезных недугов.
Однако особенностью генной терапии является экспериментальный подход. Это означает, что до конца не изученными являются последствия, которые влекут за собой манипуляции с генетическим материалом, отмечают юристы.
В последние два года большие надежды ученые возлагают на так называемый метод генного редактирования CRISPR/Cas9, который должен, как считается, значительно упростить встраивание нужного гена в ДНК любого организма или его удаление оттуда. Пока специалисты сомневаются, так ли безупречен метод: выяснилось, что его использование может привести к повреждению ДНК, а не исправить дефект, пишет британская Guardian.
В целом, по мнению исследователей, важно четко различать две разные цели генной терапии: коррекцию генетических дефектов в клетках уже родившегося человека и коррекцию в клетках зародыша или на самых ранних стадиях развития зиготы (клетки, образующейся в результате оплодотворения). До сих пор первая цель практически не вызывала сомнений, тогда как второй вариант большинство исследователей либо отвергают, либо относятся к нему весьма скептически.
Фото: totojang1977 / Shutterstock.com
Но ни предлагаемая модификация генома космонавта, ни китайский проект не имеют отношения к генной терапии, так как в этих случаях речь идет об изменении генома здорового и даже не предрасположенного к какому-то заболеванию человека или эмбриона.
В чем вопрос?
Большая часть замечаний к проектам изменения генома человека содержит одну основную мысль: любая модификация человеческого генома должна иметь серьезные обоснования и использоваться в том случае, когда другие способы неэффективны.
Вмешательство в геном человека, направленное на его модификацию, может быть осуществлено только в профилактических, терапевтических или диагностических целях и только при условии, что подобное вмешательство не направлено на изменение генома наследников данного человека,
— гласит международная Конвенция о правах человека и биомедицине, принятая Комитетом министров Совета Европы в 1996 году. Россия пока не присоединилась к этому документу.
Общественные организации, например, известная американская ETC и сотни тысяч ее единомышленников во всем мире считают, что такие модификации не должны быть уделом бизнес-компаний, и на них не должно распространяться патентное право.
Активисты также уверены, что если геном человека подвергается изменению, это должно происходить в рамках жесткого законодательного регулирования.
На этой неделе стало известно, что Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) наконец создает рабочую группу «по изучению генного редактирования и комплексных этических, социальных проблем и проблем безопасности, которые возникают в связи с ним». Панель экспертов предложит нормы и стандарты регулирования генного редактирования, сообщили журналистам CNN представители ВОЗ. Это заявление организация сделала через неделю после появления информации о возможном рождении трансгенных младенцев в Китае. А в Международном комитете по биоэтике ЮНЕСКО считают, что эксперименты с изменением генов человеческих зародышей должны быть запрещены до тех пор, пока не будет доказана их безопасность. Информация об этом была размещена на сайте организации также после заявления китайского ученого.
Редактирование людей: как и зачем ученые проводят операции с геномом
Каждый из живых организмов на Земле носит в клетках наследственный материал своих предков. Эти данные называются геномами, и они нужны непосредственно для создания и поддержания деятельности организма. Генная инженерия работает над изменениями в наследственной информации. Рассказываем, что происходит с редактированием геномов прямо сейчас.
Читайте «Хайтек» в
Применение генной инженерии в научных исследованиях
Для изучения функции того или иного гена может быть применён нокаут гена. Так называется техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации.
Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, измененный так, чтобы продукт гена потерял свою функцию. Основные методы реализации: цинковый палец, морфолино и TALEN.
Для получения нокаутных мышей полученную генно-инженерную конструкцию вводят в эмбриональные стволовые клетки, где конструкция подвергается соматической рекомбинации и замещает нормальный ген, а измененные клетки имплантируют в бластоцисту суррогатной матери. У плодовой мушки дрозофилы мутации инициируют в большой популяции, в которой затем ищут потомство с нужной мутацией. Сходным способом получают нокаут у растений и микроорганизмов.
Логичным дополнением нокаута является искусственная экспрессия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.
Используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортерным элементом, например, с геном зеленого флуоресцентного белка GFP. Этот белок, флуоресцирующий в голубом свете, используется для визуализации продукта генной модификации.
Хотя такая техника удобна и полезна, её побочными следствиями может быть частичная или полная потеря функции исследуемого белка. Более изощрённым, хотя и не столь удобным методом является добавление к изучаемому белку не столь больших олигопептидов, которые могут быть обнаружены с помощью специфических антител.
В таких экспериментах задачей является изучение условий экспрессии гена. Особенности экспрессии зависят прежде всего от небольшого участка ДНК, расположенного перед кодирующей областью, который называется промотор и служит для связывания факторов транскрипции.
Этот участок вводят в организм, поставив после него вместо собственного гена репортерный, например, GFP или фермента, катализирующего легко обнаруживаемую реакцию. Кроме того, что функционирование промотора в тех или иных тканях в тот или иной момент становится хорошо заметным, такие эксперименты позволяют исследовать структуру промотора, убирая или добавляя к нему фрагменты ДНК, а также искусственно усиливать его функции.
Зачем нужна генная инженерия человека
В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков.
Задача изменения генома взрослого человека несколько сложнее, чем выведение новых генноинженерных пород животных, поскольку в данном случае требуется изменить геном многочисленных клеток уже сформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. Для этого предлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора.
Вирусные частицы способны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраивая в них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножение вирусных частиц в организме. При этом для уменьшения побочных эффектов учёные стараются избегать внедрения генноинженерных ДНК в клетки половых органов, тем самым избегая воздействия на будущих потомков пациента.
Также стоит отметить значительную критику этой технологии в СМИ: разработка генноинженерных вирусов воспринимается многими как угроза для всего человечества.
С помощью генотерапии в будущем возможно изменение генома человека. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах.
Долгое время генетическая инженерия обезьян сталкивалась с серьёзными трудностями, однако в 2009 году эксперименты увенчались успехом: в журнале Nature появилась публикация об успешном применении генноинженерных вирусных векторов для излечения взрослого самца обезьяны от дальтонизма. В этом же году дал потомство первый генетически модифицированный примат (выращенный из модифицированной яйцеклетки) — обыкновенная игрунка ( Callithrix jacchus).
Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.
Однако возможность внесения более значительных изменений в геном человека сталкивается с рядом серьёзных этических проблем. В 2016 в США группа учёных получила одобрение на клинические испытания метода лечения рака с помощью собственных иммунных клеток пациента, подвергаемых генной модификации с применением технологии CRISPR/Cas9.
В конце 2018 года в Китае родились двое детей, геном которых был искусственно изменён (выключен ген CCR5) на стадии эмбриона методом CRISPR/Cas9, в рамках исследований, проводимых с 2016 года по борьбе с ВИЧ. Один из родителей (отец) был ВИЧ-инфицированным, а дети, по заявлению, родились здоровыми.
Поскольку эксперимент был несанкционированным (до этого все подобные эксперименты на человеческом эмбрионе разрешались только на ранних стадиях развития с последующим уничтожением экспериментального материала, то есть без имплантации эмбриона в матку и рождением детей), ответственный за него учёный не предоставил доказательств своим заявлениям, которые были сделаны на международной конференции по редактированию генома.
В конце января 2019 года властями Китая были официально подтверждены факты проведения данного эксперимента. Тем временем учёному было запрещено заниматься научной деятельностью и он был арестован.
Как редактируют человеческий геном?
«Цинковые пальцы» встречаются и в составе человеческих белков. Благодаря этому методу можно сконструировать цепь ZFN так, что она будет узнавать определённый участок ДНК. Это дает возможность точечного воздействия на заданные участки в составе сложных геномов.
Домены «цинковые пальцы» встречаются в составе человеческих факторов транскрипции – белков, регулирующих процесс синтеза РНК с матрицей ДНК. При создании искусственных нуклеаз можно сконструировать цепочку из «цинковых пальцев» так, что она будет узнавать определенный участок ДНК.
Если такая цепочка будет достаточно длинной, она может распознавать относительно протяженные последовательности ДНК, состоящие из ряда тринуклеотидных фрагментов. Это означает реальную возможность точечного воздействия на заданные участки в составе больших сложных геномов.
Однако у метода «цинковых пальцев» обнаружились и серьезные недостатки: во-первых, это не вполне строгое распознавание тринуклеотидных повторов, что приводит к заметному числу расщеплений ДНК в «нецелевых» участках.
Во-вторых, метод оказался весьма трудозатратным и дорогостоящим, поскольку для каждой последовательности ДНК необходимо создать свою оптимизированную белковую структуру zinc-finger нуклеазы. Поэтому система «цинковые пальцы» широкого распространения не получила.
В 2011 году журнал Nature Methods назвал систему TALEN (Transcription Activator-like Effector Nucleases) «методом года» благодаря широкому спектру возможных применений в разных областях фундаментальной и прикладной науки.
TALEN — один из способов направленного внесения разрыва в ДНК с последующим его «залечиванием» — для выключения генов у мышей. Сразу после них эту технологию применили для внесения в мышиный геном мутации, приводящей к развитию одного из наследственных синдромов. Авторам метода моделирования генетически обусловленных болезней удалось не только «испортить» мышиный геном, но и исправить его обратно.
Метод обеспечивает точное воздействие на заданные участки ДНК и может быть использован практически в любой современной молекулярно-биологической лаборатории.
В основе этой системы — особые участки бактериальной ДНК — CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, или короткие палиндромные кластерные повторы). Разделяют эти повторы спейсеры — короткие фрагменты чужеродной ДНК. Последние встраиваются в геном после того, как ДНК рекомбинирует с её геномом.
Примеры редактирования человека
Заболевание 44-летнего жителя Аризоны Брайана Мадо проявилось еще в раннем детстве. Оно неизлечимо и наследуют его в основном мужчины. Мукополисахаридоз II типа — это метаболическое расстройство: у людей с ним есть мутация в гене, ответственном за производство фермента, который участвует в расщеплении сложных углеводов. В итоге они накапливаются в клетках и вызывают многочисленные патологии органов.
Мужчина решил принять участие в клиническом испытании нового метода — генной терапии. Это лишь первая фаза исследования, а всего до регистрации терапии (то есть до разрешения применять этот метод для всех больных с синдромом Хантера) их должно быть три.
Метод, который использовали в случае Брайана Мадо, позволяет редактировать геном прямо в теле человека — и при этом достаточно точно попадать в конкретный участок ДНК. Редактирование происходит с помощью так называемых «цинковых пальцев».
Китайский исследователь Хэ Цзянькуй отредактировал геномы человеческих эмбрионов перед процедурой искусственного оплодотворения, в результате чего на свет появились двое детей с измененной ДНК.
С помощью системы CRISPR/Cas9 исследователь отредактировал геномы эмбрионов семи пар во время репродуктивного лечения. В результате одной из беременностей от здоровой матери и ВИЧ-инфицированного отца родились две девочки-двойняшки с измененной ДНК. Хэ Цзянькуй пояснил, что удалил у детей ген CCR5, благодаря чему они получили пожизненный иммунитет к ВИЧ.
Для восстановления зрения можно использовать оптогенетические технологии, с помощью которых работой нейронов можно управлять с помощью светочувствительных белков бактерий и вспышек лазера.
Руководствуясь этой идеей, биологи создали вирус, который может проникать в ганглионарные нейроны. Эти нервные клетки отвечают за передачу сигналов из сетчатки в мозг человека. Попавший в ганглионарный нейрос вирус заставляет его производить подобные сигнальные молекулы. Однако эта процедура не возвращает зрение сама по себе, так как белки бактерий реагируют на свет не так, как палочки и колбочки сетчатки.
Чтобы решить эту проблему, профессор Базельского университета Ботонд Роска и профессор Питтсбургского университета Хосе Сахель создали специальные очки, которые преобразуют поступающие в них изображение в понятный мозгу формат и стимулируют ганглионарные клетки вспышками лазера. В результате пациент может видеть силуэты крупных предметов и объектов и совершать другие сложные действия