Автор: С.В. Попов, заведующий отделом неинвазивной пренатальной диагностики «Медикал Геномикс», PhD
Опыты по редактированию генома эмбрионов человека
Остается вопрос: насколько эффективным будет направленное гомологичное восстановление у людей, и как оно будет работать. В 2017 году команда Шухрата Миталипова использовала CRISPR-Cas9 в человеческих эмбрионах для коррекции вариантов генов, связанных с сердечной недостаточностью (4). Эмбрионы никогда не имплантировались, но результаты показали, что ген-модифицированные клетки использовали геном матери в качестве своего шаблона для восстановления ДНК, а не шаблон ДНК, который предоставили исследователи. Это может быть более надежным способом редактирования ДНК эмбрионов человека. Но, другие исследователи так и не смогли повторить полученные группой Миталипова результаты. «На данный момент мы не совсем понимаем, как эмбрионы справляются с восстановлением ДНК», – говорит Дженнифер Дудна, молекулярный биолог, профессор из Университета Калифорнии в Беркли. «Нужно проделать большую работу с другими видами эмбрионов, просто чтобы понять основы».
Даже если бы сам таргетинг и точность изменений в редактировании генома были безупречными, все равно оставался бы вопрос о том, какие изменения в зародышевой линии человека могут быть безопасными. В 2017 году международные усилия, возглавляемые Национальными академиями наук, инженерии и медицины США, определили условия, которые должны быть выполнены перед редактированием эмбриона человека, предназначенного для имплантации. Одним из критериев было то, что последовательность ДНК, созданная в результате редактирования, должна быть уже распространена в популяции и не нести в себе никакого известного риска заболевания.
Одно только это требование сделало бы наследственное редактирование генов у людей недосягаемым для ближайшего будущего. Дело в том, что не только трудно предсказать точную последовательность редактирования, но также трудно с уверенностью знать, что данный вариант не увеличит риск заболевания.
Например, некоторые мутации в гене PCSK9, связаны с более низким уровнем холестерина и, следовательно, снижают риск сердечно-сосудистых заболеваний (5). Ген иногда предлагается в качестве кандидата для редактирования. Но только небольшое количество людей имеют эти защитные мутации.
Первой известной попыткой наследственного редактирования генов у людей была попытка отключить ген CCR5, который кодирует рецептор иммунных клеток, что впоследствии позволяет ВИЧ инфицировать людей (6). «Разрушьте ген, и дети должны быть устойчивы к вирусу», – рассуждал китайский самопальный ученый Хе Цзянькуй. Он попытался создать мутацию CCR5, которая встречается у некоторых людей европейского происхождения и связана с устойчивостью к ВИЧ. Но недавно опубликованное исследование, с использованием данных из британского Биобанка, показало, что удаление CCR5 может также сократить продолжительность жизни индивидуума. Эффекты некоторых генетических вариантов также могут зависеть от окружающей среды, от других вариантов, присутствующих в геноме, от частоты встречаемости мутантного гена в популяции. Так частота встречаемости дефектного гена CCR5 сильно варьирует у жителей разных уголков планеты. Чаще всего этот ген встречается на севере России и в Прибалтике – более четверти жителей этих регионов являются носителями одной или двух копий дефектного гена. Но, это вовсе не означает, что 25% россиян защищены от ВИЧ: ведь иммунитетом к нему обладают только обладатели двух дефектных копий гена, а таких людей среди наших соотечественников максимум 1-2% (7).
CCR5 мутация очень редко встречается у китайского населения. Такая ситуация может создать проблемы для наследственного редактирования генов. Большинство генетических исследований по редактированию генома проводилось на европейцах. А чтобы развернуть эксперименты по наследственному редактированию генома в Африке, сначала необходимо провести обширные исследования генов и оценить частоты их распределения в африканских популяциях.
Что касается оффтаргетинга в целом, то число ошибок может быть минимальным, но не может быть равным нулю. Небольшое количество изменений ДНК происходит естественным образом каждый раз, когда клетка делится. Часть исследователей говорит, что некоторые изменения фона могут быть приемлемыми, особенно если метод используется для предотвращения или лечения серьезного заболевания (8).
Но, я думаю, что это довольно большое заблуждение, так как на самом деле, мы не имеем никакого представления о специфичности редактирования человеческих ооцитов и эмбрионов, не только из-за нерешенных социо-этических проблем, но и из-за биологических факторов, которые остаются пока вне контроля исследователей. Например, у нас пока недостаточно знаний об эпигенетической регуляции генов. И хотя инструмент редактирования есть, и он работает, и технически можно сделать многое, нужны обширные исследования на уровне генома человека, для того чтобы выявить все побочные эффекты оффтаргетинга. А если дело касается человеческих эмбрионов, то нужно отслеживать проявление тех или иных побочных эффектов редактирования на протяжении последующих поколений.
Так панацея или ящик Пандоры?
В заключение хочу сказать, что инструменты по редактированию генов есть, но:
а) они требуют доработки и совершенствования;
б) они должны быть использованы только умелыми руками и только после тщательного исследования всех молекулярно-биологических, социо-этических аспектов данной технологии, и должны быть одобрены мировым научным сообществом.
Ведь главный принцип при внедрении новых технологий в медицинской генетике должен звучать: «Не навреди». Станет ли редактирование генов панацеей от генетических болезней или ящиком Пандоры с непредсказуемыми последствиями, покажет будущее, если не наше, то будущее наших детей.
Список использованной литературы (продолжение)
4. Zhou C et al. Off-target RNA mutation induced by DNA base editing and its elimination by mutagenesis. Nature. 2019 Jul; 571(7764):275-278.
5. Mojica FJ et al. Short motif sequences determine the targets of the prokaryotic CRISPR defence system. Microbiology. 2019; 155(3):733-740.
6. Nature. News Future. 19 June 2019. CRISPR babies: when will the world be ready?
7. Hong Mai et al. Correction of pathogenic gene mutation in human embryos. 24 August 2017. Nature. V. 548(413).
8. Abifadel M et al. After the LDL receptor and apolipoprotein B, autosomal dominant hypercholesterolemia reveals its third protagonist: PCSK9. Ann. Endocrinol. (Paris) - 2007. June (V.68 № 2-3). P. 138-146.
9. Stephens J et al. Dating the origin of the CCR5-Delta32 AIDS-resistance allele by the coalescence of haplotypes. Am J Hum Genet. 1998. - Vol. 62 (6)1507-1510.
10. Liu R et al. Homozygous defect in HIV-1 coreceptor accounts for resistance of some multiply-exposed individuals to HIV-1 infection. Cell. 1996 Aug 9; 86(3):367−77.
11. White MK et al. CRISPR editing technology in biological and biomedical investigation. J Cell Biochem. 2017 Nov; 118(11):3586-3594.
