Дизайнери людського генома: що таке Crispr/Cas і як скоро вчені почнуть міняти ДНК поки ненароджених дітей

Уявіть собі недалеке майбутнє. Ви ходите по ринку (віртуальному, природно) і розглядаєте оголошення на кшталт "Суперпластир проти раку. Швидко, ефективно, недорого". Або "Запишіться на дослідження і отримайте імунітет до ВІЛ в подарунок". Або "Хочете, щоб ваші діти були здоровими? Запишіться до нас". І в найтемніших куточках з'являється щось на зразок "Суперсила? Це реально. Урядові технології суперсолдат – для кожного" і "Хочеш бути як Росомаха? Заходь на цей сайт". Думаєте, це жарт чи фантастика? Зайдіть в магазин мобільних додатків, які ще двадцять років тому були таким же жартом. Ласкаво просимо в світ генетичних кравців – світ, в якому зріст, вага і колір очей цілком програмовані. Світ, який повинен виправити всі еволюційні і техногенні помилки в ДНК і, природно, породити безліч нових. Світ, який став доступний завдяки Crispr/Cas.

ЩО ЦЕ І ЗВІДКИ З'ЯВИЛОСЬ

Ще в 1987 році в геномі Escherichia coli (кишкова паличка) знайшли ділянку, що складається з численних повторів. Її назвали Crispr-локус. Саме слово Crispr – абревіатура, яка розшифровується як clustered regularly interspaced short palindromic repeats (короткі паліндромні кластерні повтори, "кріспер"). Такі ж повтори знайшли і у інших бактерій і археїв. У 2002 були відкриті Cas ( "Кас" – "кріспер-асоційовані білки"). У 2006-му стало зрозуміло: ці локуси мають вірусну природу, відкриття дало можливість припустити, що Crispr/Cas – це якийсь "антивірусний механізм". У 2008-му дослідники дізналися про роль "кріспер-РНК", яка управляє "Кас-білками". Після цього розрізнена, здавалося б, картинка склалася в кристально ясне ціле.

Коли архей або бактерія зустрічає новий вірус, "Кас-білки" ріжуть його ДНК, вставляють "вподобані" шматки (вони називаються "спейсери") в "кріспер-касету", до нього нарощується "кріспер-РНК" (як цілевказувач). Це свого роду генетичний кравець, якщо використовувати вільні аналогії, де "кріспер-касета" – бібліотека лекал з помилками, "кріспер-РНК" – рука, а "Кас-білки" – ножиці, що вирізують шматок "неправильного коду" подібно майстру-дизайнеру при усуненні складки на рукаві.

У 2015 році вчені навчилися застосовувати цього "генетичного кравчика" на людських ембріонах. З людьми це працює так (один із способів, швидше за все, в майбутньому з'являться нові): ми створюємо кільцеві молекули ДНК, які називаються "плазмідами". На них записаний cas9-ген (ножиці) і модифікована РНК (рука), яка показує, де треба "різати". Плазміди вставляються в клітку з дефектним геном, там утворюється комплекс "кріспер" і відрізає зіпсований шматок. Далі можливі варіанти. Наприклад, організм сам відновлює ген вже здоровим. Або ставиться аналогічна "латочка" зі здорової ділянки ДНК (можна взяти її в іншої людини). А можна поставити й іншу "латочку" – наприклад, відрізавши послідовність, що відповідає за розвиток карого кольору очей і замінивши її "геном блакитноокості".

Деокупація півдня країни – як українські військові відвойовують території

Заборона на пересування країною для військовозобов'язаних – всі деталі

Ракетні удари по мирних українськиих містах - липень 2022

Ядерний тероризм Росії

ЩО ЦЕ НАМ ДАЄ І ЯКІ КРАЇНИ ЦИМ ЗАЙМАЮТСЯ

"Кріспер" дозволяє проводити широкий спектр досліджень. Наприклад, вивчати роль генів і їх перебудов у виникненні та прогресуванні генетичних хвороб. Але це чиста наука, нас же цікавить практичне застосування. І воно вже є. Створено "кріспер-системи" для поліпшення властивостей сільськогосподарських рослин (рис, пшениця, кукурудза, сорго і так далі). Причому змінюється не тільки стійкість до шкідників і хімікатів, а й смак. Свиней досліджують на предмет трансплантації органів людині. Всерйоз розглядається варіант "заносу" в популяцію малярійних комарів гена стійкості до збудника-плазмодія.

А ще "кріспер" потенційно дозволяє лікувати безліч хвороб. Це ж виправлення дефектних генів, які викликають, власне, генетичні відхилення. Дослідження, які проводяться на культурах клітин і тварин, показують, що технологія здатна боротися з серповидною анемією, муковісцидозом, катарактою і так далі. Гігантська частина експериментів присвячена боротьбі з хронічними гепатитами та ВІЛ. Безліч лабораторій працює над ліками від різних дистрофій і хвороб кровотворної системи (лімфоми, лейкемії, лейкози). Намагаються лікувати синдром Дауна. На жаль, похвалитися повністю вилікуваних пацієнтів ніхто не може, але розроблені різні варіанти терапії, які вже працюють і незабаром дадуть результати.

Але найзапекліші дискусії ведуться навколо створення "дизайнерських дітей" – адже "кріспер" допомагає прибрати всі генетичні недоліки у ембріона і, що ще більш дивно, дещо додати (наприклад, зовнішність вашого улюбленого актора). Головне – правильно запрограмувати "кравця". Тут виникають етичні проблеми: в більшості розвинених країн подібне втручання в "божественний промисел" заборонено.

Дослідження на зародках всерйоз проводять вчені чотирьох країн: Великобританії (з метою науки це дозволено), США (заборонені самі експерименти, але є федеральна заборона на фінансування таких досліджень), Ізраїлю (тут більше зосереджені на лікуванні генетичних хвороб, але існує кілька стартапів з ізраїльськими корінням в інших країнах, наприклад в Швейцарії) і Китаю. Причому саме китайці завдяки державному фінансуванню випереджають всіх інших: керівництво країни, яке набило руку в напієвгенічних експериментах і наплювацьке ставлення до прав людини (на думку Заходу), побачило в нових технологіях майбутнє.

А поки ви роздумуєте, наскільки моральні і етичні експерименти над людьми, ось парочка фактів. "Кріспер" може вилікувати (бо ми знаємо гени, відповідальні за подібні хвороби) прогерію (передчасне старіння), гіпертрихоз (надмірне оволосіння), важкий комбінований імунодефіцит (хворому доводиться жити в стерильній капсулі), ектродактілію (неправильний ріст пальців) та інші рідкісні хвороби.

Це не рахуючи раку і масових захворювань, про які написано вище. А як щодо надлюдських здібностей? Можна усунути ризик серцевих захворювань, стати стійким до холоду і низького вмісту кисню, придбати імунітет до хвороб мозку, навчитися чітко бачити під водою, зробити кістки міцніше і без шкоди для організму спати менше шести годин. І це лише частина "суперздатностей", які вже присутні (хоча і рідкісні) в людській популяції .

АЛЬБЕРТ ФЕЛЬДМАН: "ЦЕ ОЗДОРОВЛЕННЯ СОЦІУМУ НА БІОЛОГІЧНОМУ РІВНІ"

Футуролог, директорукраїно-ізраїльського Інституту стратегічних досліджень імені Голди Меїр – про те, як генетики вчаться лікувати невиліковні хвороби, про порятунок собак від ущербної ДНК і про майбутнє, яке не зупинити нікому

- Зараз ведуться потужні дослідження, пов'язані з генетичною зміною нелюдського генома: для селекції, виробництва рослин. Що стосується генома людини, є серйозна дискусія, чи не є це втручанням в Боже провидіння.

Тут два моменти: по-перше, багато досліджень засекречені, щоб не виникли проблеми з заборонами через релігійне лобі. Однак релігійна філософія іудаїзму говорить, що для порятунку життя можна використовувати будь-які засоби. Тобто використовувати "кріспер" для лікування невиліковних захворювань допустимо. На сьогоднішній день є близько 15-17 захворювань, з якими намагаються впоратися цим методом, ті, які мають яскраво виражену генетичну природу. Наприклад, характерний для деяких єврейських громад синдром Куна (різко виражене вроджене розширення трахеї і великих бронхів). Крім того, синдром Дауна, хвороби кровотворної системи. Вилікуваних пацієнтів ще немає, але терапія вже розпочата. Сюди ж відносяться експерименти по терапії ВІЛ. Вони глибоко просунулися, але закриті – до моменту їхнього успіху.

- Ви згадали "нелюдський геном" ...

- Знаєте, яка популяція найбільш генетично збиткова? Це собаки. Ми модифікували їх селекційними методами, а що вже селекція – тим більше генетичних проблем. Вівчарки від цього не страждають практично, вони цілком здорові, а ось своєрідні собаки – від йорків і мопсів до філа бразильєро, бордоського мастифа, – отримують повний набір зіпсованих генів. Відповідно, першими "дизайнерськими багатоклітинними організмами" стануть саме собаки – думаю, вже в цьому або наступному році ми станемо свідками виправлення деяких порід з вродженими захворюваннями. І тут менше етичних проблем, їх страждання через селекційну модифікацію, напевно, дозволяють нам використовувати модифікацію генетичну, щоб їх від цього позбавити.

- Залишилося тільки вирішити етичні питання з людьми?

- Ми вже зараз використовуємо елементи євгеніки, як би не боролися з цим. У західному світі поширена технологія скрінінгу (дослідження, що виявляють патології у ембріона на ранній стадії), вона використовується на 97-98%. У країнах, що розвиваються це 35-40%. Скрінінг виявляє патології на ранньому етапі і вроджене захворювання можна локалізувати, провівши аборт, коли ембріон тільки починає формуватися, позбавляючи сім'ю від гігантських трагедій. Тепер у нас є "кріспер", який дозволяє усувати ці патології на генетичному рівні. У найближчому майбутньому батьки обиратимуть. У них три шляхи, як на камені Іллі Муромця: залишати дитину такою, як вона є, розуміючи відповідальність; робити аборт, а він до цих пір може привести до безпліддя; або зробити дизайн плода за допомогою "кріспер".

- Або додати дитині якісь якості.

- Тут починається етична проблематика. Якщо за гроші можна буде запрограмувати зовнішність, світ буде наповнений копіями популярних артистів кіно. Це не добре. Але це рух людства, це все одно станеться. Хтось почне використовувати біологічні ножиці. Десятки країн можуть це робити. У США було довго заборонено екстракорпоральне запліднення (ЕКЗ), і що сталося? Вони просто відстали в цьому напрямку. Батьки зі Штатів їздили до Великобританії або в Мексику і там проходили ЕКЗ. Тому потрібно створити правила гри, які приймуть більшість генетиків – або генотерапевтів. В цілому це веде людство до здоров'я, зменшення невиліковних захворювань, від ВІЛ до онкології, захворювань крові, дистрофій. І це, безсумнівно, позитив.

- Райдужна картинка виходить.

- Я можу порівняти розвиток "кріспер" з тим, як розвивалася концепція здорового способу життя. Порівняємо популяцію великого міста 1917 року і 2017 року і подивимося, наскільки населення 2017 року стало здоровіше, могутніше, вище. Це елементи вторинної євгеніки: по-іншому стали харчуватися, більше займатися спортом, змінили ставлення до здоров'я. Це поведінковий рівень, який підтримується журналами, газетами, ТБ. Мас-медіа підтримують не хворих і товстих, а здорових і красивих. А тут мова йде про біорівень. І це теж оздоровлення соціуму. Хто це може зупинити?

- Можуть повернутися шкідливі звички. Наприклад, у мене прибрали ген, який відповідає за розвиток раку через куріння ...

- Так, ну і що? Повернуться шкідливі звички, але вони перестануть бути шкідливими. Люди все більше почнуть жити собі на втіху. Людство рухається до сибаритства, до епікурейства. Для цього ми і роботів винаходимо. Двигун цивілізації – лінь. І якщо людина отримає м'язи за допомогою генетичної зміни і їй не треба буде витрачати на це дві години на спортзалі, вона зробить це і витратить час на що-небудь інше.

- На носі освоєння космосу, а там сонячна радіація, слабка гравітація, нестача кальцію. Чи допоможе "кріспер" тут?

- Теоретично – так. Наукова проблема глобально вирішена, залишилося розібратися з етикою. Я думаю, що людство наближається до генетичної модифікації замість поведінкової, раніше були тренування, тепер – "кріспер".

- І розум?

- У тому числі і розум. Причому це корисно, тому що рівень інтелекту людства в цілому падає. Ми вирішуємо менше складних завдань, стало менше складних поведінкових реакцій, менше дрібної моторики. А це все знижує інтелект. Поки ми ще не знаємо, які елементи генома відповідають за IQ, але будемо знати. Ми знаємо, які ділянки відповідають за кровотворення, за здорову печінку, за розмір рук, плечей, носа, колір очей і так далі. Але що відповідає за інтелект і душу – поки не знаємо. Це божественне провидіння все-таки. Бувай.

- Які є загрози?

- Можуть виникнути помилки, які приведуть до ще більш проблематичних патологій. Ми ліземо в найтонший інструмент величезною викруткою або сокирою. Теоретично генетики знають, як діяти. Але можуть помилятися. Це як з генно-модифікованими організмами, ми пройшли через безліч помилок. Наприклад, модифікована соя шкодить організму, що призвело до заборони ГМО. А з іншого боку, вона може зробити генетичний стрибок і стане непереборним бур'яном. Але це помилки, які ми платимо за прогрес, таку ж ціну ми заплатили, коли займалися технікою – перевернуті танкери, спалені дирижаблі, катастрофи на атомних станціях.

- До речі, така ж паніка була і зі стовбуровими клітинами.

- І не дарма: експерименти зі стовбуровими клітинами не завжди позитивні. Величезна кількість онкозахворювань 2000-х років була пов'язана з грубим і непродуманим використанням стовбурових клітин, які викликали різке омолодження – і метастазування. Рак ставав дуже швидким, він за місяці розвивався з 1-2-ї стадії в 4-у.

- Ми говорили про ембріональний дизайні, а чи можна застосовувати "кріспер" на дорослих?

- Так, на рівні захворювання. Це стосується ВІЛ, лейкемії, більшості захворювань крові, багатьох дистрофій, розсіяного склерозу. В майбутньому поява модифікованої людини, зміна її в віці 20-30 років теоретично можливо. Існує ж поведінкова модифікація, коли за допомогою тренувань людина обростає силою, навичками, стає в якійсь мірі надлюдиною. Таких одиниці, тому що потрібно завзятість і талант. Якщо будуть виявлені точки локалізації цих якостей, їх можна буде генетично модифікувати.

Технологія "кріспер" дуже проста. Це не адронний коллайдер, не електронний мікроскоп – ця технологія проста і легко передається. Вона не вимагає подальшого догляду, терапії. Чому, наприклад, пересадка органів не поширилася на деяких територіях? Тому що там рівень медичної інфраструктури не дозволяв. А тут інфраструктура не потрібна, все відбувається на клітинному рівні, сам момент лікування проходить в комфортному стані руху, а не якомусь стані реанімації, як при пересадці органів. Тому поширення буде більше. Скоро з'являться мембранні методи впровадження "кріспер", не потрібно буде проводити навіть мікроскопічну операцію, будуть таблетки, пластирі. Тут ведуться максимальні дослідження.

- Можуть з'явитися мутанти ...

- Будь-який прогрес змінює людину. Ми дуже далеко пішли від предків-кроманьйонців. Коли стали користуватися вогнем, ми вже змінилися і далі тільки продовжуємо змінюватися.

- Чи не призведе дизайн людей до того, що перестануть народжуватися Бетховени?

- Може бути. А може, і навпаки. Але Бетховени вже давно не народжуються.

- Які цінові рамки технології, хто зможе нею скористатися?

- Поки безкоштовно, тому що це експерименти. Це як і з ЕКЗ. Спочатку безкоштовно, потім це буде коштувати гігантських грошей, потім, коли багато навчаться, ціна впаде і вирівняється.

- Що піде завдяки "кріспер"?

- В першу чергу зникне селекція. Якщо раніше треба було думати, з'єднувати дві вівці, брати здорове потомство, то зараз це все може робити генетичний дизайн.