Как генная инженерия может изменить будущее

В ноябре прошлого года появились новости о том, что китайский ученый тайно изменил гены эмбрионов пары китайских близнецов, и потрясли весь мир. Однако, хотя использование передовых технологий для изменения генофонда человека было преждевременным, оно стало предвестником того, как генетика изменит наше здравоохранение, отношение к детям и, в конечном итоге, наше отношение к себе и к нашему виду. Генетическая революция уже началась, но мы не готовы ответственно относиться к этим прометеевым технологиям.

Что такое генная инженерия

Определив структуру ДНК в 1950-х годах, Уотсон, Крик, Уилкинс и Франклин показали, что книга жизни написана в двойной спирали ДНК. Когда в 2003 году был завершен проект генома человека, мы увидели, как можно переписать эту книгу о человеческой жизни. Кропотливые исследования в сочетании с продвинутыми вычислительными алгоритмами начали все больше открывать, что делают гены и как можно читать генетическую книгу жизни.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

Теперь, благодаря появлению точных инструментов редактирования генов — вроде CRISPR (почитайте, что это такое) — мы точно поняли, что книгу жизни, да и всю биологию можно переписать. Биология стала еще одной формой читаемых, записываемых и взламываемых информационных технологий, которые мы, люди, кодируем.

Воздействие этой трансформации прежде всего ощущается в области здравоохранения. Генная терапия, включающая извлечение, изменение и повторное введение собственных клеток человека, улучшенных для борьбы, например, с раком, уже творит чудеса в клинических испытаниях. Тысячи заявок уже были поданы регуляторам по всему миру для испытаний с использованием генной терапии для лечения множества других заболеваний.

Как редактируют гены

Не так давно было начато первое редактирование генов клеток внутри тела человека для лечения относительно простого с точки зрения генетики метаболического расстройства — синдром Хантера. Другие применения вскоре последуют. Эти примеры — буквально самые первые шаги в нашем переходе от существующей системы обобщенной медицины, основанной на средних показателях населения, к точной медицине, основанной на индивидуальной биологии каждого пациента, и прогностической медицине, основанной на сгенерированных искусственным интеллектом оценках будущего состояния здоровья человека.

Этот сдвиг в нашем здравоохранении гарантирует, что миллионы, а затем и миллиарды людей будут секвенировать свои геномы, закладывая этим основу для своего лечения. Аналитика больших данных поможет сравнивать масштабно человеческие генотипы (что говорят гены) с фенотипами (как гены экспрессируются в течение жизни).

Массивные наборы генетической и медицинской информации позволят выйти за рамки простого современного генетического анализа и понять гораздо более сложные человеческие заболевания и черты, на которые влияют сотни или тысячи генов. Наше понимание этой сложной генетической системы в обширной экосистеме нашего тела и окружающей нас среде преобразит здравоохранение в лучшую сторону и поможет нам вылечить ужасные заболевания, которые мучают наших предков на протяжении тысячелетий.

Но сколь бы революционной ни была эта задача для медицины, следствия генетической революции в здравоохранении — это лишь перевалочные станции на пути к конечному пункту назначения: глубокой и фундаментальной трансформации нашего вида.

Изменение человеческого вида

Первые проблески будущего, в которое мы движемся, можно увидеть в индустрии генетических тестов, ориентированной на потребителя. Многие люди по всему миру отправили свои мазки с внутренней части щек компаниям — вроде 23andMe — на анализ. Информация, которая будет им предоставлена, расскажет об относительно простых генетических чертах: статус заболеваний, связанных с мутацией одного гена, цвет глаз, нравится ли вкус кинзы, но умолчит о сложных чертах: спортивная предрасположенность, интеллект, личность.

Так будет не всегда. По мере увеличения пулов генетических данных и данных о здоровье, анализ большого количества секвенированных геномов позволит прогнозировать очень сложные генетические риски заболеваний и генетические черты, такие как рост, коэффициент интеллекта, темперамент и стиль личности. Этот процесс, называемый «полигенным подсчетом», уже проводит несколько компаний, а в будущем станет более важной частью нашей жизни.

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

Самое интересное следствие этого всего проявится в нашем рождении детей. Перед тем, как принять решение, какую из оплодотворенных яйцеклеток имплантировать, женщины в процессе ЭКО сегодня могут выбрать из небольшого числа клеток, которые были извлечены из ранее имплантированных эмбрионов, и секвенировать геном. Современные технологии позволяют увидеть мутации отдельных генов и относительно простые расстройства. Полигенный подсчет вскоре позволит видеть эмбрионы на ранних стадиях развития и оценивать риск развития сложных генетических заболеваний или даже возможность наследования сложных человеческих черт. Самые сокровенные элементы человеческого бытия вскоре будут подвергаться строгому отбору со стороны родителей.

Технологии стволовых клеток для взрослых, вероятно, позволят производить сотни или тысячи собственных яйцеклеток женщины из ее образца крови или кожного трансплантата. Это откроет двери для репродуктивных возможностей и позволит родителям выбирать эмбрионы с исключительным потенциалом из гораздо более широкого набора вариантов.

Сложность человеческой биологии накладывает некоторые ограничения на степень возможного редактирования генов, но вся биология, включая нашу собственную, чрезвычайно гибкая. Каким еще образом из одной только клетки четыре миллиарда лет назад появилось все это биоразнообразие? Ограничения нашего воображения станут самыми большими препятствиями для нашей биологии.

Но пока мы, люди, стремимся к силе богов, мы совсем не готовы ее использовать.

Игры с собственной биологией

Те же самые инструменты, которые помогут нам побороть наши худшие пристрастия, спасут наших детей, помогут нам жить дольше и здоровой жизнью, они же откроют дверь и злоупотреблениям. Предусмотрительные родители с благими намерениями или государства со слабой регулирующей структурой или агрессивными идеями, желающие повысить конкурентоспособность нации, могут ввергнуть нас в генетическую гонку, которая подорвет наше существенное разнообразие, опасно разделит общество, приведет к опасным, дестабилизирующим и даже возможно смертельным конфликтам между нами, поставит под угрозу все человечество.

Но если развитие генетических технологий неизбежно, то, как все это развернется — можно и нужно контролировать. Если мы не хотим, чтобы генетическая революция погубила наш вид или привела к смертельным конфликтам между имеющими нужные гены и неимущими, либо между социально адаптированными и социально неадаптированными, именно сейчас нужно принимать умные решения, отталкиваясь от наших лучших индивидуальных и коллективных ценностей. Хотя технологии, которые продвигают генетическую революцию, новы, система ценностей, которая нам понадобится для оптимизации преимуществ и минимизации ущерба в этом процессе массовой трансформации, разрабатывалась тысячи лет.

И хотя некоторые умные и благонамеренные ученые уже собирались, дабы обсудить, что будет дальше, никаких даже самых мудрых пророков не хватит, чтобы принять решения о будущем нашего вида. Нужно будет руководить процессом его формирования на национальном и даже международном уровне.

Каждой стране придется разработать собственные нормативные руководящие принципы для генной инженерии человека, основанные как на лучших международных практиках, так и на уникальных традициях и ценностях страны. Однако, поскольку мы все являемся одним видом, в конечном итоге нам придется разработать руководящие принципы, применимые ко всем нам.

Пересечение геномики и искусственного интеллекта может показаться научной фантастикой, но это ближе, чем вы думаете. Намного раньше, чем это признает большинство людей, преимущества, которые предлагают новые технологии, и конкуренция между нами, вызовет быструю реакцию. До того, как эта искра загорится, у нас есть совсем немного времени, чтобы собраться вместе как вид, сформулировать и воплотить в действительность будущее, которое мы увидим совместно.

А вы одобряете генетические изменения или нет? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Генная инженерия — это современное направление биотехнологии, объединяющее знания, приемы и методики из целого блока смежных наук — генетики, биологии, химии, вирусологии и так далее — чтобы получить новые наследственные свойства организмов.

Перестройка генотипов происходит путем внесения изменений в ДНК (макромолекулу, обеспечивающую хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) и РНК (одну из трех основных макромолекул, содержащихся в клетках всех живых организмов).

Если внести в растение, микроорганизм, организм животного или даже человека новые гены, можно наделить его новой желательной характеристикой, которой до этого он никогда не обладал. С этой целью сегодня генная инженерия используется во многих сферах. Например, на ее основе сформировалась отдельная отрасль фармацевтической промышленности, представляющая собой одну из современных ветвей биотехнологии.

История развития

Истоки

Основы классической генетики были заложены в середине XIX века благодаря экспериментам чешского-австрийского биолога Грегора Менделя. Открытые им на примере растений принципы передачи наследственных признаков от родительских организмов к их потомкам в 1865 году, к сожалению, не получили должного внимания у современников, и только в 1900 году Хуго де Фриз и другие европейские ученые независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследственности.

Параллельно с этим шел процесс формирования знаний о ДНК. Так, в 1869 году швейцарский биолог Фридрих Мишер открыл факт существования макромолекулы, а в 1910 году американский биолог Томас Хант Морган обнаружил на основе характера наследования мутаций у дрозофил, что гены расположены линейно на хромосомах и образуют группы сцепления. В 1953 году было сделано важнейшее открытие — американец Джон Уотсон и британец Фрэнсис Крик установили молекулярную структуру ДНК.

На подъеме

К концу 1960-х годов генетика активно развивалась, а ее важными объектами стали вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов, а в 1970-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК.

Генная инженерия как отдельное направление исследовательской работы зародилась в США в 1972 году, когда в Стэнфордском университете ученые Пол Берг, Стэнли Норман Коэн, Герберт Бойер и их научная группа внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки (E. coli), то есть создали первую рекомбинантную ДНК.

Техника ПЦР была впервые разработана в 1980-х годах американским биохимиком Кэри Маллисом. Будущий лауреат Нобелевской премии по химии (1993 года), обнаружил в специфический фермент — ДНК-полимеразу, который участвует в репликации ДНК. Этот фермент буквально считывает отрезки цепи нуклеотидов молекулы и использует их в качестве шаблона для последующего копирования генетической информации.

Новая эра

В 1996 году методом пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки на свет появилось первое клонированное млекопитающее — овца Долли. Это событие стало революционным в истории развития генной инженерии, потому что впервые стало возможным серьезно говорить о создании клонов и выращивании живых организмов на основе молекул.

Технологии генной инженерии

Генная инженерия за короткий срок оказала огромное влияние на развитие различных молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться на пути познания генетического аппарата.

Так, появилась технология CRISPR — инструмент редактирования генома. В 2014 году MIT Technology Review назвал его «самым большим биотехнологическим открытием века». Он основан на защитной системе бактерий, которые производят специальные ферменты, позволяющие им защищаться от вирусов.

«Каждый раз, когда бактерия убивает вирус, она разрезает остатки его генома, будь то ДНК или РНК, и сохраняет их внутри последовательности CRISPR, как в архив. Как только вирус атакует снова, бактерия использует информацию из «архива» и быстро производит защитные белки Cas9, в которых заключены фрагменты генома вируса. Если вдруг эти фрагменты совпадают с генетическим материалом нынешнего атакующего вируса, Cas9 как ножницами разрезает захватчика, и бактерия снова в безопасности», — поясняет Алевтина Федина, медицинский директор Checkme.

Уникальное открытие состоялось в 2011 году, когда биологи Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье обнаружили, что белок Cas9 можно обмануть. Если дать ему искусственную РНК, синтезированную в лаборатории, то он, найдя в «архиве» соответствие, нападет на нее. Таким образом, с помощью этого белка можно резать геном в нужном месте — и не просто резать, а еще и заменять другими генами.

Теоретически, технология CRISPR может позволить редактировать любую генетическую мутацию и излечивать заболевание, которое она вызывает. Но практические разработки CRISPR в качестве терапии еще только в начальной стадии, и многое еще непонятно.

Есть и другие методы генной инженерии, например, ZFN и TALEN.

• ZFN разрезает ДНК и вставляет туда заготовленный заранее новый фрагмент с помощью белков с ионами цинка (отсюда название — Zinc Finger Nuclease).
• TALEN делает то же самое, только используя TAL-белки. Для обеих технологий приходится создавать отдельные белки, а это очень долгая работа, поэтому пока два этих метода особого применения не нашли.

Где и как применяется генная инженерия

Медицина

Уже сейчас активно применяется инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекомбинантных ДНК. Клонированные гены человеческого инсулина были введены в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. С 1982 года компании США, Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин.

Кроме того, несколько сотен новых диагностических препаратов уже введены в медицинскую практику. Среди лекарств, находящихся в стадии клинического изучения, препараты, потенциально лечащие артрозы, сердечно-сосудистые заболевания, онкологию и СПИД. Среди нескольких сотен генно-инженерных компаний 60% заняты именно разработкой и производством лекарственных и диагностических средств.

«В медицине среди достижений генной инженерии сегодня можно выделить терапию рака, а также другие фармакологические новинки — исследования стволовых клеток, новые антибиотики, прицельно бьющие по бактериям, лечение сахарного диабета. Правда, пока все это на стадии исследований, но результаты многообещающие», — говорит Алевтина Федина.

Сельское хозяйство

В сельском хозяйстве одна из важнейших задач генной инженерии — получение растений и животных, устойчивых к вирусам. В настоящее время уже есть виды, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.

Еще одна задача связана с защитой растений от насекомых-вредителей. Путем генетической модификации растений можно уменьшить интенсивность обработки полей пестицидами. Например, трансгенные растения картофеля и томатов стали устойчивы к колорадскому жуку, растения хлопчатника — к разным насекомым, в том числе и к хлопковой совке.

Использование генной инженерии позволило сократить применение инсектицидов (препаратов для уничтожения насекомых) на 40–60%.

Благодаря генной инженерии зерновые культуры стали более устойчивы к климатическим условиям, кроме того появилась возможность увеличить количество витаминов и полезных веществ в продукте. Например, можно обогатить рис витамином «А» и выращивать его в тех регионах, где люди имеют массовую нехватку этого элемента.

С помощью генной инженерии пытаются решить и экологические проблемы. Так, уже созданы особые сорта растений с функцией очистки почвы. Они поглощают цинк, никель, кобальт и иные опасные вещества из загрязненных промышленными отходами почв.

Скотоводство

В Кемеровской области работа генетиков позволила получить устойчивое к вирусу лейкоза племенное поголовье высокопродуктивных животных. Для проведения эксперимента кузбасские ученые отобрали здоровых коров черно-пестрой породы массой до 500 кг. Животным трансплантировали модифицированные эмбрионы, устойчивые к вирусу лейкоза. В середине сентября 2020 года родилось 19 телят с измененными генами.

«В месячном возрасте была проведена оценка, которая показала, что телята отличаются от своих сверстников только устойчивостью к вирусу. Пять особей отобрали для дальнейшей селекционной работы. Это позволит закрепить наследственные признаки устойчивости к вирусу лейкоза у последующих поколений», — пояснила руководитель проекта, доктор биологических наук, профессор кафедры зоотехнии Кузбасской ГСХА Татьяна Зубова.

По словам Зубовой, лейкоз крупного рогатого скота — вирусная хронически неизлечимая болезнь, при которой возникают поражение кроветворной системы и новообразования. Данное заболевание наносит значительный ущерб генофонду пород и мясной промышленности в целом, потому что мясо зараженных животных запрещено употреблять в пищу. Единственным доступным методом борьбы с лейкозом ранее было только уничтожение зараженного скота.

Этот успех позволяет говорить о том, что в дальнейшем будет возможно редактировать гены крупного рогатого скота и от других болезней.

С прицелом на человека

В 2009 году группа ученых под руководством молодого исследователя Джея Нейтца из Вашингтонского университета сумели с помощью генной терапии вернуть обезьянам способность различать оттенки зеленого и красного, которой они были лишены от рождения.

В область сетчатки глаза двух подопытных обезьян был введен безвредный вирус, несущий недостающий ген фоточувствительного рецептора. Вскоре после процедуры обе обезьяны начали различать оттенки красного и зеленого на сером фоне. Два года наблюдения не выявили у них каких-либо нарушений, поэтому ученые не исключают, что данную методику уже вскоре можно будет применять у людей, страдающих дальтонизмом.

Ученые шагнули еще дальше и уже пробуют выращивать в теле животных органы для трансплантации людям. Для минимизации риска отторжения тканей животным вводят специальные гены. Этими опытами занимается научная лаборатория Рослинского института в Великобритании, которая представила миру овцу Долли.

В 2019 году британские ученые вывели кур, яйца которых содержат два вида человеческих белков, способных противодействовать артриту и некоторым видам онкологических заболеваний. В яйцах содержится человеческий белок под названием IFNalpha2a, обладающий мощными противовирусными и противораковыми свойствами, а также человеческий и свиной вариант белка под названием макрофаг-CSF, который планируют использовать для создания препарата, стимулирующего самостоятельное заживление поврежденных тканей.

Изменение ДНК человека

Первые клинические испытания методов генной терапии были предприняты 22 мая 1989 года с целью генетического маркирования опухоль-инфильтрующих лимфоцитов в случае прогрессирующей меланомы.

14 сентября 1990 года в Бетесде (США) четырехлетней девочке, страдающей наследственным иммунодефицитом, обусловленным мутацией в гене аденозиндезаминазы (АDA), были пересажены ее собственные лимфоциты.

Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови с помощью модифицированного вируса, в результате чего клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через шесть месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня.

После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения различных заболеваний. Уже сегодня с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию и некоторые виды онкологии.

Генная терапия

Генная терапия — введение, удаление или изменение генетического материала, в частности ДНК или РНК, в клетке пациента для лечения определенного заболевания.

Существует три основных стратегии использования генной терапии:

1. Замена мутировавшего гена, вызывающего заболевание, здоровой копией.
2. Инактивация или «выбивание» мутировавших генов, которые функционируют неправильно.
3. Введение нового гена в организм, помогающего бороться с болезнью.

Наиболее часто применяемый метод включает вставку «терапевтического» гена для замены «ненормального» или «вызывающего болезнь».

В 2015 году впервые была проведена процедура изменения ДНК человека с целью продления молодости клеток, когда американке Элизабет Пэрриш 44 лет ввели в организм препарат, влияющий на ДНК, а в 2018 году китайский ученый Хэ Цзянькуй заявил, что с его помощью у двух детей-близнецов якобы изменены гены для выработки у них иммунитета к вирусу ВИЧ, носителем которого являлся их отец.

Все это, с одной стороны, выглядит грандиозно и обнадеживает, но с другой, — вызывает опасения, ведь генетические манипуляции, теоретически, возможно использовать не только в благих и мирных целях.

После эксперимента с ДНК близнецов в Китае, ЮНЕСКО выступила с инициативой о запрете изменения генов у новорожденных до того момента, пока достоверно не будет доказана безопасность таких манипуляций.

Этическая сторона вопроса

В 1997 году ЮНЕСКО выпустила Всеобщую декларацию о геноме человека и его правах, рекомендовав мораторий на генетическое вмешательство в зародышевую линию человека, а в декабре 2015 года на международном саммите по геномному редактированию человека изменение гаметоцитов и эмбрионов для генерации наследственных изменений у людей было объявлено безответственным.

Российское сообщество генетиков в большинстве своем считает, что такие эксперименты на данный момент преждевременны и требуют более глубокого исследования и обсуждений.

«Вопрос клонирования уже давно стоит на горизонте. Этично ли выращивать клонов, чтобы потом забирать их органы для трансплантации человеку… Большой вопрос. Само собой, это абсолютно нормально, что нет единой точки зрения, ведь смысл подобных дискуссий как раз в том, чтобы найти правильные формулировки и отрегулировать потенциально спасительное, но при этом очень опасное знание», — говорит Алевтина Федина.

Страх неизвестности

Вариантов развития событий в области генной инженерии существует множество, и далеко не все они изучены и, в принципе, известны. Поэтому они должны быть последовательно зафиксированы и регламентированы.

Естественно, больше всего опасений вызывают плохие сценарии развития событий. Как правило, все начинается с помощи людям и изобретения новых лекарств. Но потом человек может прийти к желанию сделать своего ребенка светловолосым и зеленоглазым или создать армию универсальных солдат, не боящихся боли и не ведающих страха.

Олег Долгицкий, социальный философ, отмечает, что современное общество настолько неоднородно в культурном и экономическом плане, что любые методы, способные существенно изменить геном, могут создать условия не только для классового, но и видового расслоения, где представители «первого мира» смогут существенно продлевать свою жизнь и не бояться никаких болезней, в отличие от менее богатых людей. Это является серьезнейшей почвой для конфликтов и столкновений.

Эксперты убеждены, что генная инженерия — это будущее медицины. Возможность избавить младенца от пожизненного гнета заболевания, излечить людей от рака, найти лекарство против ВИЧ — за всем этим будет стоять генная инженерия. При этом желание человека изменить, например, цвет глаз или предотвратить наследственное заболевание, несмотря на все риски, будет только расти. И похоже, что остановить этот процесс уже не представляется возможным.

Представьте, что люди получили возможность выбирать эстетические, физические и интеллектуальные параметры для будущего ребёнка, лечить рак самостоятельно дома без дорогих лекарств и изнуряющих процедур, а также без труда избавляться от страшных и серьезных генетических заболеваний.

Какая технология служит предпосылкой к такого рода идеям и насколько мы близки к их воплощению в 2020 году — рассмотрим в данной статье.

Что такое ген

Для того, чтобы понять что такое гены, необходимо начать с более привычного понятия клеток.

Клетки являются основными строительными блоками всего живого, человеческое тело состоит из триллионов из них. Они обеспечивают структуру тела, получают питательные вещества из пищи, преобразуют эти питательные вещества в энергию и выполняют специализированные функции. Клетки также содержат наследственный материал тела и могут делать копии самих себя.

В ядре каждой клетки молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) упакована в нитевидные структуры, называемые хромосомами. Каждая хромосома состоит из ДНК, многократно обмотанной белками, называемыми гистонами, которые поддерживают ее структуру.

В наших клетках содержатся тысячи генов, которые предоставляют информацию для производства определенных белков и ферментов, которые производят мышцы, кости и кровь, и которые, в свою очередь, поддерживают большинство функций нашего организма, таких как пищеварение, выработка энергии и рост.

Иначе говоря, гены представляют собой сегменты ДНК, которые содержат код для конкретного белка, который функционирует в одном или нескольких типах клеток организма.

Итак, гены состоят из ДНК, которая является основой для создания ферментов и белков, заставляющих наше тело работать.

Белки, вероятно, самый важный класс материала в организме. Они например, строят кости, позволяют мышцам двигаться, поддерживают биение сердца.

Насколько сейчас известно, у людей от 20 тысяч до 25 тысяч генов. У каждого человека есть две копии каждого гена, по одной унаследованной от каждого родителя.

Большинство генов у всех людей одинаковы, однако небольшое их количество (менее 1%) все же различаются, это и является причиной индивидуальных физический особенностей у людей. Гены влияют на все: от цвета наших волос до нашей иммунной системы.

Однако они не всегда строятся правильно. Небольшое изменение в них может изменить работу наших белков, которые затем изменят то, как мы дышим, ходим или даже перевариваем пищу.

Гены также могут изменяться по мере того, как они проходят через унаследованные мутации, или с возрастом. Также причиной изменения в генах может служить их повреждение химическими веществами и радиацией.

Когда необходима генная терапия

В ситуации, когда ген видоизменяется таким образом, что вызывает определенное заболевание, генная инженерия и является тем решением, способным помочь. Что же конкретно она из себя представляет?

Что такое генная терапия и как она работает

Генная терапия — это введение, удаление или изменение генетического материала, в частности ДНК или РНК (рибонуклеиновая кислота), в клетке пациента для лечения определенного заболевания.

Важно сказать, что генная модификация по сути своей придумана не нами и возникла еще за долго до появления человека. Редактированием кусочков чужого генома всегда занимались вирусы а также некоторые бактерии.

Бактерия приносят в растения последовательности генов, которые нужны бактерии, и растение меняет свой геном. Поэтому люди, безусловно, развили и научились применять технологию видоизменения генов, но ни в коем случае не изобрели ее.

Существует три основных стратегии использования генной терапии для восстановления клеток-мишеней или тканей-мишеней до нормального, здорового состояния:

Наиболее часто используемый метод включает вставку «терапевтического» гена в геном для замены «ненормального» или «вызывающего болезнь» гена.

Роль вируса в генной терапии

Чтобы вставить новые гены непосредственно в клетки, ученые используют средство, называемое «вектор», которое генетически спроектировано для доставки нужного гена. Чаще всего в качестве вектора выступают вирусы.

Прежде чем мы поговорим о вирусе в контексте генной терапии, давайте сначала обсудим основы встречающихся в природе вирусов.

Как известно из сезона простуды и гриппа, вирусы достаточно искусны в искусстве вторжения в наши тела — добавления своего генетического материала в наши клетки. Тем не менее исследователи научились использовать эту хитрую способность в своих интересах.

Вирус — это инфекционный агент, который может прикрепляться к клеткам нашего организма. Вирусы являются паразитами, они выживают, заражая хозяина. Так же, как люди и бактерии, вирусы естественным образом развивались здесь, на Земле.

После прикрепления к клетке человека вирус вставляет свой собственный генетический материал (ДНК или РНК) в ядро инфицированных клеток. Эта вставка позволяет вирусу копировать свою генетику в наших клетках. После репликации вирус переходит к заражению соседних клеток. В конце концов, хозяин заболевает от вирусной инфекции. Часто эта инфекция приводит к смерти.

Иначе говоря, вирусы обладают естественной способностью доставлять генетический материал в клетки и, следовательно, могут использоваться в качестве векторов.

Однако прежде чем вирус можно использовать для переноса терапевтических генов в клетки человека, его модифицируют, чтобы устранить его способность вызывать инфекционное заболевание.

В 1952 году биологи впервые обратили внимание на эффективный метод, который вирус будет использовать для введения ДНК в клетки своего хозяина.

В 1971 году, почти 20 лет спустя, ученые начали использовать этот метод вирусной инъекции для генной терапии человека.

На сегодняшний день система доставки вируса остается наиболее распространенной формой доставки генетического материала с помощью генной терапии.

Распространенные формы вируса, используемые для генной терапии

Ретровирус

Во многих ранних экспериментах по генной терапии использовался тип вируса, называемый ретровирусом. Ретровирус заражает клетки одной цепью РНК. Оказавшись внутри клетки, этот вирус использует свой собственный механизм (фермент обратной транскриптазы) для производства ДНК. Затем эта ДНК вводится в геном клетки-хозяина.

Ретровирусы, однако, могут интегрироваться только в геном активно делящихся клеток. Следовательно, многие клетки (например, нейроны) устойчивы к ретровирусной инфекции и интеграции.

Многие испытания генной терапии основаны на использовании модифицированного лентивируса. Лентивирус — это тип ретровируса.

Адено-ассоциированный вирус (AAV)

В последнее время многие испытания генной терапии проводятся с вирусом, называемым AAV (аденоассоциированный вирус).

AAV — это небольшой вирус, который заражает людей и некоторых обезьян. Этот тип вируса стал предпочтительным по следующим причинам:

Недостатком AAV является то, что пропускная способность этого вирусного вектора ограничена. Это означает, что невозможно вставить большие гены в AAV. Ученые в настоящее время пытаются преодолеть это ограничение.

Факторы риска в использовании вирусов

Концепция генной терапии кажется простой, но это явно упрощение, и существуют многочисленные проблемы и риски, которые препятствуют генной терапии с использованием вирусных векторов. Вот некоторые из них:

Нежелательная реакция иммунной системы. Иммунная система вашего организма может воспринимать недавно введенные вирусы как злоумышленников и атаковать их. Это может вызвать воспаление и, в тяжелых случаях, отказ органов.

Ориентация на неправильные клетки. Поскольку вирусы могут поражать более одного типа клеток, возможно, что измененные вирусы могут заразить дополнительные клетки, а не только клетки-мишени, содержащие мутированные гены. Если это произойдет, здоровые клетки могут быть повреждены, вызывая другие заболевания, в том числе рак.

Инфекция, вызванная вирусом. Вполне возможно, что после попадания в организм вирусы могут восстановить свою первоначальную способность вызывать заболевание.

Возможность возникновения опухоли. Если новые гены будут вставлены в неправильное место в вашей ДНК, есть вероятность, что вставка может привести к образованию опухоли.

Кроме того, когда вирусы используются для доставки ДНК к клеткам внутри тела пациента, существует небольшая вероятность того, что эта ДНК может непреднамеренно попасть в репродуктивные клетки. Если это произойдет, это может привести к изменениям, которые могут быть переданы детям пациента.

Тем не менее этот основной способ введения генов в настоящее время демонстрирует большие перспективы, и врачи и ученые прилагают все усилия, чтобы решить любые потенциальные проблемы, которые могут существовать.

Они используют тестирование на животных и другие меры предосторожности, чтобы определить и избежать этих рисков, прежде чем проводить какие-либо клинические испытания на людях.

CRISPR CAS9 или революция в генной инженерии

В 2014 году MIT Technology Review назвал эту технологию редактирования генов как «самое большое биотехнологическое открытие века».

«Не будет преувеличением сказать, что CRISPR был революционным открытием», — говорит Марк Меркола, доктор философии, профессор сердечно-сосудистой медицины и член Стэнфордского института сердечно-сосудистых заболеваний.

«С CRISPR мы можем проводить генетические эксперименты, которые были бы невообразимыми всего несколько лет назад, не только в отношении наследственных заболеваний, но и генов, которые способствуют приобретенным заболеваниям, включая СПИД, рак и болезни сердца».

Еще давным давно многие ученые отмечали, что система CRISPR является естественной защитной системой организма от бактерий. В 1993 году Франциско Мохика был первым исследователем, который охарактеризовал то, что сейчас называется CRISPR.

Однако профессору Дудне и ее коллегам приписывают прорывное открытие того, как CRISPR может использоваться для того, чтобы можно было самостоятельно направить изменения генома в бактериях. Ученые на фото изменили систему, чтобы сделать ее более удобной для других ученых.

В 2012 году лаборатории Дудны и Шарпантье упростили компонент направляющей РНК (объединяя 2 элемента РНК в один). Затем они подтвердили, что CRISPR можно использовать для прямого разрезания двухцепочечной ДНК в любом желаемом месте.

В 2013 году д-р Фенг Чжан (Широкий институт Массачусетского технологического института и Гарварда) открыл ключевое новшество в настройке CRISPR, оптимизировав систему для клеток млекопитающих (то есть людей).

Что же представляет из себя это технология, в чем ее основное отличие от предыдущих способов модификации генов и в чем заключается ее революционность? Давайте разбираться.

CRISPR/Cas9 — это метод, который позволяет осуществлять высокоточную и быструю модификацию ДНК в геноме, с его помощью может быть задан любой набор генетических инструкций в организме.

Чем CRISPR/Cas9 отличается от предыдущих методов генной инженерии?

Одна из создателей CRISPR французский генетик Emmanuelle Marie Charpentier описывает технологию так:

Возникновение

Технология возникла в рамках проекта фундаментальных исследований, целью которого было выяснение того, как бактерии борются с вирусными инфекциями.

Бактериям приходится сталкиваться с вирусами в среде своего обитания, и вирусную инфекцию можно представить как тикающую бомбу замедленного действия: у бактерии есть всего несколько минут, чтобы ее обезвредить до того как бактерия будет разрушена.

В клетках многих бактерий существует адаптивная именная система — CRISPR, позволяющая им выявлять и разрушать вирусную ДНК. В состав системы CRISPR входит белок Cas9, который способен искать, расщеплять и в конечном итоге уничтожать вирусную ДНК особым способом.

Именно в ходе этого исследования по изучению активности этого белка Cas9 ученые поняли, что могут использовать его активность в генно-инженерной технологии.

Что такое CRISPR

CRISPR (англ. clustered regularly interspaced short palindromic repeats) — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами

Важно обратить внимание на названия, потому что в нем заложены 2 основные части, заложенные в систему: во-первых, это повторы. Повторы — это короткие сегменты ДНК 20–40 букв в длину, которые являются палиндромными, то есть могут быть прочтены одинаково в обоих направлениях. (Как, например: «а роза упала на лапу Азора»). На рисунке повторы показаны последовательностью из цветных букв.

Однако между повторами есть пробелы (серый цвет). В этих пробелах находятся так называемые «cпейсеры» (англ. spacer DNA). Они, в свою очередь, уже не идентичные, каждый из спейсеров уникален. Этот факт очень озадачил ученых, когда они пытались их распознать в 80-е и 90-е годы.

Но уже в 2000 -е ученые выяснили, что именно cпейсеры идеально соответствуют ДНК вирусов, поразившим когда-то эту конкретную бактерию. То есть в спейсерах хранится информация о всех вирусах когда-либо поражавших данную бактерию. Таким образом получается, что спейсеры — это ни что иное как элемент иммунной системы бактерии.

Итак, когда бактериофаг (вирус) впрыскивает свою ДНК внутрь клетки, обычно, если отсутствует иммунная система, это приводит к ее разрушению и смерти.

Тем не менее при наличии системы CRISPR клетка транскрибирует и переводит ДНК вируса при помощи белка CAS, для того чтобы создать CRISP РНК, инструмент который и будет бороться с вирусной ДНК и в итоге разрушит ее еще до начала заражения.

Как работает CRISPR

Система CRISPR-Cas9 состоит из двух ключевых молекул, которые вносят изменения В ДНК:

Таким образом мы можем заменять вполне конкретные участки ДНК на те, которые нам необходимы.

Резюмируя еще раз основное отличие CRISPR CAS 9 как технологии от прежних методов:

Какие болезни могут быть излечены с помощью CRISPR CAS9

Теоретически технология CRISPR может позволить нам редактировать любую генетическую мутацию по желанию, излечивая заболевание, которое она вызывает. Однако на практике мы только начинаем разработку CRISPR в качестве терапии, и много чего по прежнему остается непонятным.

Но если бы у вас была хоть какая-то возможность вылечить какое-нибудь генетическое заболевание, с чего бы вы начали? Ниже представлены семь болезней, с которыми ученые уже борются с помощью CRISPR-Cas9, и которые в конечном итоге могут стать первыми состояниями, которые будут использоваться для применения этой революционной технологии:

1. Рак

Первые применения CRISPR могли бы быть при раке. Действительно, одно из первых и самых передовых клинических испытаний CRISPR, которое в настоящее время проводится в Китае, заключается в тестировании потенциала инструмента редактирования генов для лечения пациентов с запущенным раком пищевода.

Лечение тестируется в онкологической больнице Ханчжоу, начинается с извлечения у пациента иммунных Т-клеток. Используя CRISPR, клетки модифицируются для удаления гена, который кодирует белок PD-1 — некоторые опухоли способны связываться с этим белком на поверхности иммунных клеток и инструктировать их не атаковать.

Затем модифицированные клетки помещают в пациента с более высокой способностью атаковать раковые клетки.

До настоящего времени, по крайней мере, 86 человек с различными формами рака прошли курс лечения CRISPR в Китае. В США другое исследование CRISPR, в котором первые пациенты прошли лечение в апреле 2019 года, также нацелено на рак.

Ученые из Университета Пенсильвании используют CRISPR для удаления PD-1, а также для изменения молекулы на поверхности иммунных клеток, чтобы они могли находить и атаковать опухоли.

2. Заболевания крови

Первое исследование CRISPR в Европе и США, в котором был зарегистрирован первый пациент в феврале этого года, направлено на лечение бета-талассемии и серповидноклеточной анемии, двух заболеваний крови, которые влияют на транспорт кислорода в крови.

Терапия, разработанная CRISPR Therapeutics и Vertex Pharmaceuticals, заключается в сборе стволовых клеток костного мозга у пациента и использовании технологии CRISPR, чтобы заставить их вырабатывать фетальный гемоглобин, естественную форму несущего кислород белка, который связывает кислород гораздо лучше, чем взрослая форма.

Перед началом испытания FDA отложило его в США, чтобы прояснить некоторые вопросы безопасности. Несколько месяцев спустя трюм был снят, и лечение было назначено для ускоренного определения обоих состояний.

Гемофилия — еще одно заболевание крови, с которым может справиться технология CRISPR. CRISPR Therapeutics работает с Casebia над терапией CRISPR в естественных условиях, где инструмент для редактирования генов доставляется непосредственно в печень.

3. Слепота

CRISPR — отличный кандидат для лечения генетической слепоты. Многие наследственные формы слепоты вызваны специфической мутацией, что позволяет легко поручить CRISPR-Cas9 нацеливаться и модифицировать один ген.

Кроме того, глаз является частью тела, лишенной иммунитета, то есть активность иммунной системы там ограничена. Это становится преимуществом ввиду опасений относительно возможности того, что CRISPR может вызвать против него иммунные реакции, которые блокируют его активность и приводят к побочным эффектам.

Editas Medicine работает над терапией CRISPR для лечения врожденного амавроза Лебера, наиболее частой причины наследственной слепоты у детей, для которой нет лечения.

Компания ставит своей целью выявить наиболее частые мутации, вызывающие заболевание, используя CRISPR для восстановления функции светочувствительных клеток до того, как дети полностью потеряют зрение.

4. СПИД

Существует несколько способов, с помощью которых технология CRISPR может помочь нам в борьбе со СПИДом. Один из них использует CRISPR, чтобы вырезать ДНК вируса ВИЧ из его укрытия в ДНК иммунных клеток. Этот подход может быть использован для атаки на вирус в его скрытой, неактивной форме, что делает возможным полное избавление от вируса.

Другой подход может сделать нас устойчивыми к ВИЧ-инфекции. Некоторые люди рождаются с естественной устойчивостью к ВИЧ благодаря мутации в гене, известном как CCR5, который кодирует белок на поверхности иммунных клеток, который ВИЧ использует в качестве точки входа для заражения клеток. Мутация изменяет структуру белка, так что вирус больше не может связываться с ним.

Этот подход был использован в очень спорном случае в Китае в прошлом году. CRISPR-Cas9 использовался для редактирования человеческих эмбрионов, чтобы сделать их устойчивыми к ВИЧ-инфекциям.

Эксперимент вызвал возмущение среди научного сообщества, причем некоторые исследования указывают на то, что «дети CRISPR» могут подвергаться большему риску умереть моложе. Общее мнение, по-видимому, заключается в том, что необходимы дополнительные исследования, прежде чем этот подход можно будет использовать у людей.

5. Муковисцидоз

Муковисцидоз является генетическим заболеванием, которое вызывает серьезные проблемы с дыханием. Хотя существуют способы лечения симптомов, продолжительность жизни человека с этим заболеванием составляет всего около 40 лет.

Технология CRISPR может помочь нам найти причину проблемы, отредактировав мутации, вызывающие муковисцидоз, которые находятся в гене CFTR.

Исследователи доказали, что можно использовать CRISPR в клетках легких человека, полученных от пациентов с муковисцидозом, и зафиксировать наиболее распространенную мутацию, лежащую в основе заболевания. Следующим шагом будет его тестирование на людях, что планируют сделать и Editas Medicine, и CRISPR Therapeutics.

Однако муковисцидоз может быть вызван множеством различных мутаций в гене CFTR, а это означает, что для различных генетических дефектов необходимо будет разработать различные методы лечения CRISPR. Editas заявил, что он будет смотреть на наиболее распространенные мутации, а также некоторые из редких, для которых нет лечения.

6. Мышечная дистрофия

Мышечная дистрофия Дюшенна вызвана мутациями в гене DMD, который кодирует белок, необходимый для сокращения мышц. Дети, рожденные с этим заболеванием, страдают от прогрессирующей мышечной дегенерации, и в настоящее время нет никакого лечения, кроме паллиативной помощи.

Исследования на мышах показали, что технология CRISPR может использоваться для устранения множественных генетических мутаций, лежащих в основе заболевания.

В прошлом году группа исследователей в США раскрыла инновационный метод, который вместо того чтобы фиксировать каждую мутацию в отдельности, использовал CRISPR, чтобы сократить 12 стратегических «горячих точек мутации», охватывающих большинство из примерно 3000 различных мутаций, вызывающих это мышечное заболевание.

Компания под названием Exonics Therapeutics была выделена для дальнейшего развития этого подхода.

Editas Medicine также работает над терапией CRISPR при мышечной дистрофии Дюшенна. Он также следует более широкому подходу, где вместо фиксации мутаций CRISPR удаляет целые участки мутированного белка, что делает белок более коротким, но все же функционирующим.

7. Болезнь Хантингтона

Болезнь Хантингтона — это нейродегенеративное состояние с сильным генетическим компонентом. Заболевание вызвано аномальным повторением определенной последовательности ДНК в гене Хантингтина. Чем больше количество копий, тем раньше болезнь проявится.

Лечение Хантингтона может быть сложным, так как любое нецелевое воздействие CRISPR на мозг может иметь очень опасные последствия. Чтобы уменьшить риск, ученые ищут способы настроить инструмент редактирования генов, чтобы сделать его более безопасным.

Американские исследователи разработали KamiCas9, версию CRISPR-Cas9, которая включает «кнопку самоуничтожения». Группа польских исследователей выбрала сочетание CRISPR-Cas9 с ферментом под названием nickase, чтобы сделать редактирование генов более точным.

Биохакинг в генной инженерии

Университеты и фармацевтические компании уже не единственные платформы, доступные ученым. Многие независимые ученые проводят эксперименты в небольших частных лабораториях.

Некоторые биологи работают из временных лабораторий в своем собственном подвале, другие присоединяются к общественным лабораторным пространствам, которые открыты для публики.

Эти небольшие независимые лаборатории являются частью более широкого движения, называемого «Самодельная биология» («Сделай сам») (англ. Do-it-yourself biology (DIY biology). Фраза «биохакерство» часто используется для описания этого процесса подпольной или неинституциональной биотехнологии.

Джошуа Зайнер — бывший сотрудник синтетической биологии НАСА и один из первых биохакеров, который применил CRISPR CAS9 для редактирования собственного генома.

В 2017 году он сделал инъекцию CRISPR с ретровирусом, несущим новую версию гена, кодирующего мышечный белок миостатин, на биотехнологической конференции, транслируя трюк в прямом эфире, чем вызвал огромный резонанс обсуждений в обществе.

Сделал он это, разумеется, не ради хлеба и зрелищ, а пытаясь донести до людей несколько очень интересных и важных идей, касаемо применения технологии.

По словам ученого, основной целью эксперимента было не сделать себе больше мышц или изменить свою ДНК.

Доктор Зайнер считает, что CRISPR настолько прорывная технология, что она должна быть доступна всем людям, и если CRISPR станет ключевым научным инструментом будущего, то ученые-любители уже сейчас должны учиться экспериментировать с ним у себя дома.

В настоящее время Джошуа Зайнер является генеральным директором и основателем компании ODIN, которая занимается продажей наборов для редактирования генов своими руками у себя дома.

Наборы содержат все необходимое начинающему ученому для проведения экспериментов CRISPR на дрожжах или бактериях.

За $130 вы можете попробовать переработать бактерии, чтобы они могли выжить на еде, с которой обычно бы не справились. Или за $160 можете включить эукариот и отредактировать ген дрожжей ADE2, чтобы дать ему красный пигмент.

Вот основные идеи, которые продвигает Зайнер:

Итак, Зайнер стремится сделать технологию редактирования генов доступной для всех, независимо от социально-экономического положения или предыдущего научного опыта, через ODIN.

Как же сейчас обстоят дела с доступность генной терапии для больных?

Доступность

Как уже было сказано ранее, модификация ДНК с помощью CRISPR не является ни чрезмерно дорогой, ни запредельно трудной для выполнения. Однако делает ли это доступной ее для потребителя?

Когда на рынке появилось первое поколение препаратов, их высокие цены вызвали споры и заставили задуматься о том, как финансировать инновационные методы лечения.

Luxturna, единовременное лечение наследственной болезни глаз сетчатки, стоит $850 тысяч в США и £613 410 в Великобритании. Zolgensma, лекарство для лечения атрофии мышц позвоночника, стоит в США $2,1 млн, а Zynteglo, предназначенная для лечения редкого генетического заболевания крови, стоит $1,78 млн.

Цены вызвали критику со стороны групп пациентов и комментаторов, что привело к появлению заголовков о рекордных ценах на лекарства. Но биотехнологические компании защищают затраты, утверждая, что альтернативные методы стоят дороже.

«Мнение о том, что Zolgensma является самой дорогой терапией в мире, откровенно ошибочно», — говорит Дэвид Леннон, президент AveXis, биотехнологии, приобретенной Novartis, которая его разработала.

«Когда вы рассматриваете стоимость терапии в течение чьей-то жизни, вы говорите о миллионах долларов. Тот факт, что мы сжимаем стоимость в одну процедуру, делает ее дорогой».

AveXis считает, что альтернативная стоимость лечения ребенка со спинальной мышечной атрофией составляет $4 млн в течение 10 лет.

Лечение, о котором говорит Леннон, называется Spinraza и требует четырех однократных инъекций на общую сумму $750 тысяч долларов в первый год, а затем поддерживающие дозы каждые четыре месяца на всю жизнь при ежегодной стоимости в $375 тысяч.

Гемофилия, еще одно заболевание, хорошо подходящее для генной терапии, сейчас обходится сильно дороже.Если пациент испытывает кровотечение, он может стоить плательщикам до $1 млн в год.

Дело в том, что сейчас тратится огромные средства на поддержание жизнедеятельности людей с серьезными заболеваниями в течение многих лет, и терапии, которые длятся иногда всю жизнь.

Многие виды лечения некоторых заболеваний включают в себя хроническую паллиативную помощь, обеспечивающую постепенные улучшения или временные задержки в прогрессирование болезни. Все это невероятно дорого.

Генная терапия же предлагает решение, которое, грубо говоря, будет бороться с причиной болезни, а не симптомами, обеспечивание длительный или пожизненный эффект при одноразовом введении лекарства. Это все равно что купить квартиру, вместо того чтобы ее снимать.

Даже если первоначальная стоимость одобренной генной терапии составляет несколько миллионов долларов, эта терапия представит наиболее экономически эффективный вариант лечения всего через несколько лет по сравнению с нынешним лечением.

Главный вопрос сейчас — как могут системы здравоохранения адаптироваться под это новую форму финансирования, чтобы помочь донести лекарства до тех пациентов, кому они отчаянно нужны.

Становится ясно, что генная терапия на самом деле сэкономит драгоценные доллары системы здравоохранени за счет снижения прямых медицинских расходов, повышения качества жизни пациентов, их социальной интеграции и других косвенных сбережения. Однако реформы, которые потребуется и займут еще немало времени.

Хакнуть фарминдустрию

Как показывают текущие цены, вывести лекарство для генной терапии на рынок дорого. От разработки препарата до утверждения требуется много лет.

Даже если лекарство будет одобрено регулирующими органами, затраты могут быть такими высокими, а количество пациентов настолько незначительным, что для фармацевтических компаний в конечном итоге не будет никакого коммерческого смысла производить и продавать такие лекарства.

Иначе говоря, мы имеем революционное лекарство, которые имеет потенциал в вылечивание самых изнуряющих болезней, но рыночная структура, которая существует на сегодняшний день, никак не способна сделать их доступными для людей.

В то время как конгресс США занимается долгими обсуждениями касаемо разработки новый системы финансирования, появляются идеи и технологии, бросающие вызов фарминдустрии в целом.

Эндрю Гессель — синтетический биолог, некогда работающий в фармацевтической отрасли. Его главное разочарование — это темп, с которым любое новое лекарство выходит на рынок, поэтому он решил пойти по собственному пути и поставил своей основной целью «взлом биофармацевтической промышленности»

Для понимания идей Эндрю необходимо сказать пару слов об области науки, которой он занимается.

Синтетическая биология — это направление, объединяющее в себе молекулярную биологию, генную инженерию, физику и химию, которое занимается созданием простых и удобных биологических систем для перепрограммирования живых организмов с целью решения необходимых задач в разных областях.

Итак, почему развитие синтетической биологии — это огромный прорыв в области генной инженерии?

Во-первых, именно с помощью методов синтетической биологии мы получили возможность с легкостью манипулировать не только реальными генами, но и искусственно конструировать любую генетическую последовательность и использовать ее в нужных нам целях.

Во-вторых, синтетическая биология внесла огромный вклад в развитие генной инженерии тем, что сделала ее гораздо более простой и доступной для понимания, чем прежде.

Работая как с компьютерами, так и с биологическим материалом, ученые в основном имеют дело с элементарными (наименьшими) составляющими. В программировании это нули и единицы, в биологии же это буквы «A, C, T и G», которые составляют генетический код. Все еще невероятно сложно для обычного человека.

Развитие синтетической биологии позволило создать из блоков кода модули, чем существенно облегчила ученым задачу. Теперь мы знаем, что определенная последовательность букв ACTG — это переключатель, который может «выключить» ген, а другая их последовательность — это репортерный ген и так далее.

Иначе говоря, теперь мы имеем не просто буквенные последовательности, а конкретные модули, обладающие определенными функциями, которые мы можем с лёгкостью использовать для конструирование биологических схем.

Именно поэтому сегодня кто угодно может экспериментировать с генной инженерией у себя дома, будь это хоть 10-летний ребенок.

Синтетическая биология таким образом позволила теперь сделать генную инженерию понятной и доступной не только для биологов, но и для обычных людей.

Гессель считает, что основная проблема с развитием медицины на сегодняшний день, состоит в том, что все происходит очень долго и требует очень больших затрат.

Под оцифровкой биологии Гессель имеет ввиду создание на компьютере вирусов, содержащих ДНК, которые в последствии могут быть использованы, например, для борьбы с раком.

Как известно, все раковые опухоли разные. В своей компании Humane Genomics Гессель планирует создать вирусы, ДНК которых направлено точно на конкретные опухоли. Специальные ДНК принтеры будут печатать определенную ДНК и помещать ее в вирусы. Таким образом люди получат доступ к персонализированномулечению рака.

В 2016 году Гессель в сотрудничестве с ветеринарной школой в Алабамском Политехническом институте уже разработали первый синтетически созданный вирус, который борется с раком для собак.

На первый взгляд, все это может показаться чем-то из мира фантастики, однако миниатюризация оборудования уже создана, а сами девайсы уже запроектированы, как скоро мы получим их для широкого использования, — всего лишь вопрос времени.

В целом у Зайнера и Гесселя цель по сути своей одна и та же — сделать биотехнологии доступными всем и каждому. Только Зайнер делает это с помощью своих наборов Crispr-kits, а Хейл через оцифровку биоэлементов.

Этические проблемы

Изменения, которые влечет генетическая инженерия, могут быть рассмотрены с двух сторон. С одной стороны, эти изменения существенно помогут нам в борьбе с серьезными генетическими заболеваниями и сильно улучшат уровень жизни людей в моменте. С другой стороны, эти изменения прямо влияют на человеческую эволюцию.

Люди манипулируют генетическим кодом, и эти манипуляции передаются из поколения в поколение. Поэтому главный вопрос, касающийся редактирования генов на сегодняшний день, — это имеем ли мы право «играть в Бога» и менять мир раз и навсегда? Мы думаем, что знаем, что делаем, что точно просчитываем, какие изменения мы вносим в гены.

Однако всегда есть вероятность, что либо мы что-то упустим, либо наша технология не сможет уловить другие изменения, которые были сделаны не нами. И тогда возникает опасение, что эти изменения приводят к устойчивости к антибиотикам или другим мутациям, которые распространяются в популяции и которые очень трудно контролировать.

По сути — это создание неизлечимых болезней или других потенциальных мутаций, которые мы не могли бы контролировать. Сообществу ученых, медиков и юристов предстоят еще не мало исследований, конференций и саммитов для того, чтобы такого рода опасения ушли.

На ряду с этим главным этическим беспокойством имеется еще ряд вопросов, вызывающий в обществе много волнений.

Безопасность

Важной этической проблемой в исследованиях является то, что выгоды технологии должно быть больше, чем рисков. Применение CRISPR/Cas9 на данный момент все еще сопряжено с рисками, поскольку может вызывать мутации — мишени, которые могут быть вредными.

Высокая частота нежелательных эффектов была обнаружена в клетках человека. Проблема заключается в том, что большие геномы могут содержать несколько последовательностей ДНК, идентичных или высоко гомологичных предполагаемой последовательности ДНК-мишени.

CRISPR/Cas9 может также расщеплять эти непреднамеренные последовательности, вызывая мутации, которые могут вызывать гибель или трансформацию клеток. В настоящее время ученые работают над уменьшением мутаций, но необходимо и дальнейшее улучшение, особенно для точных модификаций, необходимых для терапевтических вмешательств.

Применение метода CRISPR/Cas9 к зародышевой линии человека

Этические проблемы были подняты относительно возможности редактирования генома в зародышевой линии человека. Ранее все терапевтические вмешательства на людях с использованием редактирования генома проводились в соматических (не принимающие участия в половом размножении) клетках.

Но эксперимент китайских исследователей вызвал обеспокоенность по поводу возможности внесения изменений в зародышевую линию человека.

Разница заключается в том, что предполагаемые терапевтические генетические модификации в зародышевой линии могут передаваться следующим поколениям.

В целом терапевтические вмешательства по редактированию генома в соматических клетках являются этически приемлемыми, учитывая баланс между рисками и выгодами и использованием информированного согласия.

Но клетки зародышевой линии это совершенно другое. Поскольку метод CRISPR/Cas9 может вызывать мутации и побочные эффекты, непредсказуемые изменения могут быть переданы будущим поколениям.

Многие ученые выступают категорически против таких вмешательств и предлагают ввести запрет на редактирований в зародышах.

Уже в 1997 году ЮНЕСКО выпустила Всеобщую декларацию о геноме человека и правах человека, рекомендовав мораторий на вмешательство генетически в зародышевую линию человека.

В декабре 2015 года на международном саммите по геномному редактированию человека, на котором собрались члены национальных научных академий Америки, Великобритании и Китая, обсуждалась этическая сторона данного вопроса.

Они согласились продолжить базовые и клинические исследования в соответствии с соответствующими правовыми и этическими принципами, но изменение гаметоцитов и эмбрионов для генерации наследственных изменений у людей было объявлено безответственным.

Российское сообщество генетиков, клиницистов и биоэтиков также достигло консенсуса в отношении использования технологий редактирования на человеческих эмбрионах и половых клетках в клинических целях. Они считают, что такие эксперименты на данный момент преждевременны и требуют более глубокого исследования и обсуждений.

Тем не менее в феврале 2016 года британские ученые получили разрешение регулирующих органов на генетическую модификацию эмбрионов человека с использованием CRISPR/Cas9 и связанных с ним методов только для исследований.

Следовательно, геномное редактирование человеческих эмбрионов по терапевтическим причинам до сих пор существует. Риск наследственных непредсказуемых генетических мутаций выше, чем возможные преимущества терапии, затрагивающей принцип отсутствия вреда.

Очевидно, что техника должна быть полностью безопасной, чтобы пробовать терапию в зародышевой линии. Ведь если был нанесен ущерб, возникнет проблема, за которую ответственность понесут уже следующие поколения людей.

Редактирование генома для улучшения физических характеристик

Другой этический вопрос для обсуждения — это возможность нетерапевтических вмешательств с использованием редактирования генома. Его использование в зародышевой линии запрещено по соображениям безопасности.

Но эффективность техники CRISPR/Cas9 увеличивает возможность вмешательства в соматические клетки, для того чтобы генетика соответствовала нашим жизненным интересам. Например, техника может быть использована для повышения работоспособности спортсменов или для предотвращения агрессивного поведения или уменьшения зависимости.

Как правило, генная терапия направлена на улучшение здоровья пациента для его собственной пользы, но в будущем может случиться так, что система уголовного правосудия, например, потребует редактирования генома генов, связанных с насилием, для рецидивистов или опасных насильственных преступников.

В социальном плане возникнет проблема, когда некоторые группы населения или отдельные лица будут генетически улучшены, имея преимущество над другими, например, в интеллектуальном или физическом потенциале, что может послужить причиной локальным и глобальным конфликтам.

Формирование животных химер для трансплантации органов

Производство человеческих органов у животных также поднимает множество этический возражений.

Развитие человеческих/животных химер для трансплантации органов может дать надежду многим, кому приходится стоять в очереди за донорскими органами.

Впервые эти этические соображение относительно химер были подняты в связи с медицинскими методами, которые сегодня достаточно широко распространены. Например, биологические клапаны сердца свиньи, крупного рогатого скота и лошади часто имплантируют пациентам с дисфункцией клапана сердца, а инсулин, извлеченный из поджелудочной железы свиньи, обычно используется пациентами с диабетом.

Оправдано ли считать, что свинья с поджелудочной железой человеческого происхождения является химерой, производство которой должно быть запрещено, тогда как человек с митральным клапаном свиного происхождения является допустимой химерой?

Два ответа в зависимости от принятой точки зрения. Что касается благополучия животных, эксперименты на свиньях уже строго регламентированы, чтобы избежать ненужных страданий животных во время исследований.

Тот факт, что химерные животные выращиваются для целей человеческой органной культуры, не должен вызывать больше этических споров, чем выращивание их для потребления.

Одна из действительно важных проблем относительно химер — это медицинская сторона вопроса. Дело в том, что ретровирусы, встроенные в геном животных, могут передаваться человеку. Действительно, эффекты этих ретровирусов могут быть известны у животных, но нет возможности предсказать то, что они могут вызвать у людей.

Опасение заключается в том, что ткани человека, вырабатываемые животными, могут быть источником новых зоонозов, что поднимает этические проблемы, связанные с защитой людей, участвующих в клинических исследованиях, для проверки безопасности таких органов.

Более того, невозможность предвидеть потенциальные риски, связанные с трансплантацией органов человека, выращенных у свиней, требует предельной осторожности.

Также химеры подняли этические проблемы по поводу риска нарушения порядка природы, создавая моральную путаницу в отношении того, как относиться к организму, как к животному или человеку? Каким образом должны мы должны будет его классифицировать? Вариантов существует огромное множество, все они должны будут быть зафиксированны и регламентированны.

Заключение

Несмотря на все выше изложенные опасения, технология в любом случае рано или поздно будет использоваться, неважно хотим мы этого или нет. Ее масштаб и сила слишком велики для того, что бы кто то мог ее запретить или остановить ее развитие.

Так или иначе, будущее уже здесь.

Первым генномодифицированным детям на Земле скоро исполнится четыре года. Научное сообщество осудило их «создателя» Хэ Цзянькуя, китайские власти и вовсе отправили его в тюрьму (на свободу он вышел буквально несколько недель назад), но дискуссии о том, как далеко мы готовы зайти, вооружившись инструментами по редактированию генома, на этом, естественно, не закончились. В книге «Неестественный отбор: Генная инженерия и человек будущего» (издательство «Альпина Паблишер»), переведенной на русский язык Асей Лаврушей, научная журналистка Торилл Корнфельт рассказывает о развитии генетических технологий и новых этических дилеммах, с которыми нам только предстоит столкнуться. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным использованию CRISPR для лечения генетических заболеваний.

Панацея

На вопрос журналиста New Scientist о том, какие болезни можно лечить с помощью CRISPR, исследователь Ирина Конбой отвечает: «Все».

Конбой изучает в Университете Калифорнии болезнь Паркинсона и мышечную дистрофию, но многие ее коллеги, работающие в других областях, могли бы отреагировать на вопрос с таким же энтузиазмом¹.

Если взять любое тяжелое заболевание, то возможности его лечения при помощи CRISPR или других генных технологий, скорее всего, уже ищутся где-то в мире каким-нибудь ученым. И речь не только о модификации наших собственных клеток, но и о генетическом изменении подопытных животных в соответствии с нуждами конкретного эксперимента, и о стремлении к более точному пониманию того, как на наш организм воздействуют бактерии и вирусы, и о разработке новых препаратов и методов диагностики. Целью может быть даже простое желание снизить себестоимость лекарств за счет использования генетически модифицированных бактерий. Кроме того, генные технологии широко используются для расширения наших представлений об устройстве человеческого тела и взаимовлиянии разных генов. Образно говоря, ученый стал художником, на палитре которого появилась совершенно новая краска, а потенциал медицинских исследований сейчас огромен².

«Потенциал» — именно это слово всегда должно стоять рядом со словом «мечта». Мечты нас увлекают и многое обещают, но ничего не гарантируют. Иными словами, наука пока не знает, где проходит граница, какая часть того, о чем сейчас мечтают ученые, окажется более сложной или даже невозможной, а какая, напротив, реализуется неожиданно легко.

Все помнят состояние новой влюбленности. Когда в животе порхают бабочки, а в воздухе витают мысли о том, что все будет прекрасно и сложится именно так, как вы хотите. Безупречная, всегда прибранная квартира, никаких ссор, романтические путешествия, в которых, преисполненные страсти, вы будете забывать об остальном мире. На начальной стадии потенциал для всего этого есть. Но в действительности все оказывается несколько иным. Даже самые замечательные отношения развиваются иначе, чем мечталось, и романов без размолвок не бывает. Отношение ученых к CRISPR пока тоже остается влюбленностью, розовые очки еще не сняты. Но сделать это придется.

Существует более 6000 заболеваний, вызванных повреждением одного гена, они могут возникать спонтанно или наследоваться ребенком от родителей. Например, кистозный фиброз, болезнь Гентингтона, гемофилия и другие³.

Один из самых вдохновляющих и вселяющих оптимизм случаев излечения с помощью CRISPR произошел в детском госпитале Мемфиса (США). Ученые рискнули взять стволовые клетки костного мозга у восьмерых детей с диагнозом SCID-X1 (Х-сцепленный тяжелый комбинированный иммунодефицит) — тяжелым генетическим заболеванием, которое часто называют синдромом «мальчика в пузыре». У такого ребенка серьезно повреждена иммунная система, и простая инфекция может вызвать осложнения, подчас несовместимые с жизнью. Во избежание заражения таких детей всегда изолировали, создавая им стерильную среду, а раньше даже располагали специальный медицинский «пузырь» вокруг их головы, чтобы они дышали только отфильтрованным воздухом.

Иногда ребенку помогала пересадка костного мозга от братьев, сестер или родителей, их здоровые стволовые клетки стимулировали иммунную систему ребенка, но этот метод давал положительный результат далеко не всем. Предпринимались неоднократные попытки разработать новые методы и лекарства против этой тяжелой болезни, но ни одна из них не была полностью успешной. Одному ребенку помочь удава лось, в то время как второй погибал от развившейся лейкемии.

Но на этот раз успех наконец пришел. Костный мозг восьмерых детей модифицировали с помощью комбинирования CRISPR и еще одной новаторской технологии, позволяющей убедиться, что генетические ножницы действительно сработали внутри клеток. Менее чем через год после терапии все восемь детей смогли отправиться из госпиталя домой, а иммунная система каждого, судя по всему, заработала как должно и без серьезных побочных эффектов.

«Теперь это обычные дети, они познают жизнь и могут ходить в детский сад», — рассказывает руководитель программы доктор Эвелина Мамкарц в интервью Nature⁴.

*

Однако есть два вопроса, которые необходимо решить прежде, чем CRISPR позволит нам лечить «все» болезни. Первый касается того, как проходит собственно модификация. Первый метод — когда клетки сначала забираются из организма, как в случаях с онкологическими пациентами или детьми с SCID-X1. Врачи могут убедиться, что модификация прошла успешно, и защитить от ее влияния другие клетки организма. Вместе с тем лабораторное культивирование модифицированных клеток в количестве, необходимом для достижения заметного эффекта после их возвращения в организм, требует длительного времени. Такая методика применима только к определенным болезням. Нельзя вынуть глаз, модифицировать его и вернуть назад.

Второй метод — модификация внутри организма. В этом случае нам нужно некое «транспортное средство», «служба доставки», которая «привезет» в организм CRISPR-систему.

Наиболее распространенная технология для этих целей — использовать в качестве «перевозчика» безвредный вирус. Именно такой метод вызвал гиперреакцию иммунной системы Джесси Гелсингера, но с тех пор ученые научились подбирать более безопасные варианты⁵. Задача метода — скорректировать нужное количество конкретных клеток внутри организма. Здесь все зависит от заболевания. Изменить небольшое число клеток определенного органа намного проще, чем, к примеру, модифицировать все клетки одной мышцы, а тем более всего организма.

В ноябре 2017 г. пациент больницы в Калифорнии впервые получил инъекцию, которая позволила провести генетическую модификацию непосредственно в его организме: в печени⁶. У больного был редкий диагноз: болезнь Хантера, вследствие которой печень не может перерабатывать некоторые ядовитые вещества и они накапливаются в организме, в конечном итоге вызывая смертельное отравление. Причина заболевания скрыта только в одном гене, и целью эксперимента стала замена варианта этого гена в клетках печени на новый и неповрежденный.

Кроме того, новый ген следовало вставить в таком участке генома, где ген почти гарантированно был бы принят и активирован, чтобы организм действительно извлек из него пользу. Для генетика тут всегда таится опасность: введение в организм нового гена или изменение существующего может оказаться безрезультатным, поскольку механизмом активации генов каждой клетки управляют другие участки генома. Ген как бы становится книгой, которая попадает в библиотеку, но которую никто никогда не открывает.

Одна инъекция модифицирует ограниченное число клеток. Но концентрация ядовитых веществ в организме невелика, и для их переработки вполне достаточно небольшой части клеток печени. Контрольное исследование, проведенное через год, показало, что печень начала перерабатывать опасные вещества и пациент в целом чувствует себя хорошо. По сведениям компании, которая изобрела данный метод, лечение нескольких других пациентов, принявших участие в тестировании, тоже дало хорошие результаты.

Еще одна компания недавно начала делать уколы CRISPR в глазное яблоко взрослым и детям с врожденными генетическими пороками зрения. Исследователи надеются вернуть человеку часть зрения, исправив с помощью генетических ножниц мутацию в необходимом числе клеток⁷.

Подобные заболевания лучше лечить в более зрелом возрасте или по крайней мере сразу после рождения. Но как поступать с болезнями, которые начинают влиять на развитие уже в материнской утробе? Возможно, когда-нибудь будет принято решение применять генные технологии и для плода, и для матери на протяжении беременности. В Британии сейчас действует пара научных программ по изучению возможности внутриутробной модификации ребенка в случае выявления у него генетических проблем. В такой ситуации меры должны приниматься на достаточно раннем сроке, чтобы предотвратить проблемы перинатального развития, но все же не настолько рано, чтобы модификация повлияла на будущие яйцеклетки и сперматозоиды ребенка — то есть изменения не должны передаться по наследству в отличие от того, что произошло в эксперименте Хэ Цзянькуя⁸.

Наиболее быстрый успех CRISPR-технологий ожидается в терапии тех уже известных генетических заболеваний, для лечения которых достаточно изменить или заменить единственный мутировавший ген. Но многие ученые изучают вопрос применения генетики и к более тяжелым болезням, зависящим от комбинации нескольких генов или внешних факторов.

Я родилась в середине 1980-х и не застала первоначальную панику вокруг СПИДа и ВИЧ, однако успела увидеть колоссальный эффект АРВ-терапии. СПИД вызывал в обществе такой сильный страх, что почти на всех уроках сексуального просвещения в моей школе говорилось только о его профилактике.

Теперь опасения поутихли, и стигматизация людей с ВИЧ, к счастью, частично прекратилась. Но по-прежнему ежегодно ВИЧ заражаются почти 2 млн человек, и более 35 млн живут с этими диагнозами⁹. Несмотря на то что АРВ-терапия приносит огромную пользу, это весьма дорогостоящее и сложное лечение как для индивида, так и для общества.

ВИЧ чрезвычайно коварен. Так же как и другие вирусы, он действует, заражая клетку. Клетка вынужденно производит новые вирусы, число зараженных клеток увеличивается. Но ВИЧ атакует не любые клетки, а только клетки иммунной системы, в результате чего собственная система защиты организма теряет способность обнаруживать вирус и избавляться от него, как это происходит, скажем, с вирусами простуды. Кроме того, в конце концов иммунная система вообще выходит из строя, и ВИЧ-инфицированные легко заболевают другими болезнями.

Множество исследовательских групп занято поисками путей применения генетики в целях полного искоренения ВИЧ, а не для того, чтобы добиться торможения развития заболевания (так действует АРВ-терапия). По некоторым сведениям, японским ученым уже удалось найти способ блокировать способность зараженных клеток производить новые вирусы. Больной может полностью выздороветь, после того как инфицированные клетки его организма умрут или заменятся другими. Это хорошо работает на человеческих клетках в лаборатории, но испытание на людях пока не проводилось. Другие исследователи изучают еще ряд вариантов, основанных на том же принципе, и быстро продвигаются вперед. Многое говорит в пользу того, что CRISPR или иная подобная технология скоро даст нам лекарство от СПИДа и ВИЧ¹⁰.

Изобретение лекарства от ВИЧ обнажит еще одну проблему новых технологий. Сегодня огромное число людей с ВИЧ не могут использовать АРВ-терапию, просто потому что у них нет денег или они живут в стране, где отсутствует государственная программа поддержки. Генетический лекарственный препарат окажется для многих пациентов, скорее всего, слишком дорогим, хотя в перспективе такое лечение должно быть существенно дешевле АРВ-терапии. Кто должен иметь доступ к новым технологиям, кто должен за них платить — и кто должен принимать решение о том, какую именно технологию следует развивать и какими болезнями ученые должны заниматься в первую очередь?

Подробнее читайте:
Корнфельт Т.. Неестественный отбор: Генная инженерия и человек будущего / Торилл Корнфельт ; Пер. со шведск. [Аси Лавруши] — М.: Альпина Паблишер, 2022. — 344 с.

Введение

Евгеника в современном ее понимании зародилась в Англии, ее «отцом» был Фрэнсис Гальтон – двоюродный брат Чарльза Дарвина. Именно Гальтон придумал термин «евгеника». Он намеревался сделать евгенику, которая, по его мнению, подтверждала право англосаксонской расы на мировое господство, «частью национального сознания, наподобие новой религии».

Термин «евгеника» стал общеупотребительным в России, начиная с 1915 г. Многие работы российских психиатров и неврологов были посвящены проблемам вырождения: сумасшествия, преступности, психопатологии и алкоголизма.

На данный момент нельзя дать точную оценку Евгенике, она имеет как достаточное количество плюсов, которые направлены на улучшение качества жизни будущих поколений, искоренение многих наследственных болезней, так и большое количество минусов, касательно методов достижения этой цели.

В данной работе я приведу основные понятия и расскажу о плюсах и минусах евгеники, а также затрону такую интересную тему, как возможности изменения генома человека.

Что такое «Евгеника»?

Есть множество определений данного термина, приведу некоторые из них:

Евгеника — совокупность социобиологических и политических мероприятий, направленных на улучшение наследственных характеристик человеческих популяций.

Евгеника – это наука, основанная на теории выживания более приспособленных особей.

Евгеника — это логическое продолжение теории Дарвина об эволюции видов, только для человека.

Евгеника — это учение о человеческой селекции для улучшения наследственных признаков человека. Слово Евгеника произошло от греческого «еu» — хорошо + «genes» – рожденный.

Виды евгеники

Выделяют позитивную и негативную Евгенику.

Позитивная евгеника – направленна на увеличение рождаемости более высокоразвитого потомства от «совершенных» родителей, которые были тщательно отобраны.

Это ситуация, когда из множества вариантов того или иного признака отбирается тот, который признается обществом лучшим. Это может быть обыденное представление о востребованности, например, карих глаз или высокого интеллекта.

Негативная евгеника – направленна на сокращение рождаемости людей, имеющих физические или интеллектуальные недостатки, людей с увечьями и других «неприспособленных к выживанию», которые наносят непоправимый ущерб развитию человечества.

О негативной евгенике говорят в том случае, когда от выполнения продуктивной функции, от рождения детей, тем или иным способом (стерилизация, либо умерщвление) отстраняются те, чьи признаки признаны невостребованными в обществе, например, носители тех или иных психических или соматических заболеваний.

По мнению сторонников евгеники, за счет развития медицины и социальной поддержки инвалидов действие естественного отбора ослабло, в результате чего возникла опасность “вырождения” человеческой популяции. “Субнормальные” индивиды участвуют в размножении, засоряя генофонд нации недоброкачественными генами”. Евгенические методы направлены на то, чтобы остановить генетическое вырождение населения.

Исторические успехи и неудачи евгеники

Рассмотрим на примере Спарты: высока вероятность, что афиняне попросту преувеличили для пущей суровости обычную для того времени практику постнатального аборта, когда оказывалось, что ребёнок уродлив или нежизнеспособен. Да и относится это скорее не к евгенике (такие дети вряд ли обзавелись бы потомством, не те времена), а к эвтаназии.

А вот Платон уже откровенно ратовал за контроль государства над размножением его граждан. Детоубийство практиковалось вплоть до христианизации Рима.

В 1920-х в большинстве американских штатов узаконили принудительную стерилизацию заключенных. Было насильственно стерилизовано 70 000 человек: преступники, умственно отсталые, наркоманы, нищие, слепые, глухие, а также больные эпилепсией, туберкулезом и сифилисом.

В Швеции 1935- 1976 г тоже самое ожидало 60 000 граждан.

Геноцид в Германии 1933 г – стерилизация не только заключенных, но и всех немцев с «нежелательными признаками».

1938г – уничтожение Гитлером 11 мил. человек, которые не соответствовали требованиям для «чистоты» арийской расы.

Евгеника в России

Термин «евгеника» стал общеупотребительным в России, начиная с 1915 г.

В ноябре 1920 г. было создано «Российское евгеническое общество», председателем которого стал Кольцов. В том же году начал выходить «Русский евгенический журнал», в нем поднимались те же темы, которыми занимались западные евгеники: демография, преступность, стерилизация, анализ наследственности душевных и нервных заболеваний (шизофрении, маниакально-депрессивных психозов), эпилепсии, алкоголизма, сифилиса и склонности к насилию, практическая организация статистического и антропологического анализа и т.д.

Уже в то время идеи евгеники начинали трактоваться насовсем правильно, так, например, Кольцов, не стеснялись публиковать статьи о «высшем разуме» членов партии и необходимости передачи ими этого «высшего разума» многочисленному потомству. Другие, как Филипченко, который впервые был исключен из евгенического движения в 1926 г., настаивали на изучении генеалогии буржуазной элиты старого режима.

В середине 20-х гг. новое поколение ученых-марксистов (Волоцкий, Серебровский) вознамерилось превратить евгенику в чисто большевистскую науку. На повестке дня стояли три пункта: стерилизация, улучшение гигиенических условий и увеличение плодовитости «выдающихся» личностей.

В «Большой советской энциклопедии» в 1931 г. евгеника названа «буржуазной наукой», подозреваемой в «фашизме». Евгеническое общество исчезло, уступив место «Лаборатории расовых исследований», основанной в Москве в марте 1931 г.

Последствия евгеники в наши дни

Аборты — это умерщвление не рожденного человека с физическими недостатками, например, с волчьей пастью, искривлёнными ступнями или нехваткой конечности, а также с умственной отсталостью, например, с синдромом Дауна. По статистике, каждый год на земле совершается 50 мил. абортов. Из трех эмбрионов выживают только два.

В Китае есть политика – не больше одного ребенка в семье, а это значит, что все неполноценные зародыши и даже рожденные младенцы в опасности, но не только это. Многие китайские семьи хотят мальчика, значит под угрозой даже здоровые девочки, многие аборты выпадают на них.

Эвтаназия – осознанное прерывание жизни неизлечимо больного, чтобы избавить его от страданий. Эта процедура основана на том, что человек имеет право лишать себя или других жизни, по «уважительным» причинам. Правомерна ли эвтаназия, это уже отдельная тема.

Евгеника как наука, конечно, сегодня рассматриваться не может, но как социальное движение и как идея евгеника продолжает существовать. Сингапур в конце XX века стал единственной страной мира, которая провозгласила на уровне государственной политики евгеническую задачу: улучшить наследственные задатки нации. Причем современный Сингапур использует как методы негативной евгеники, предлагая, например, стерилизацию одному из супругов по решению семьи в обмен на денежную компенсацию, если семья имеет низкий достаток и нескольких детей, так и меры позитивной евгеники, когда страна пытается преодолеть общемировую демографическую тенденцию, согласно которой высокоинтеллектуальные люди, как правило, вступают в брак в более взрослом возрасте, а женщины с высокими баллами IQ, как правило, имеют небольшое количество детей.

Юридические документы

Поскольку учение об улучшении наследственности и методы, которыми ее пытаются улучшать, постоянно вызывает полемику в обществе, то не удивительно, что было принято множество международных документов, призванных оградить общество от негативных последствий этих методов и избежать повторения страшных ошибок.

Так, в 1964 г. была принята Хельсинская декларация Всемирной медицинской ассоциации об этических принципах научных медицинских исследованиях с участием человека. В 1997 г. ЮНЕСКО была принята Всеобщая декларация о геноме и правах человека, а в 2005 – Всеобщая декларация о биоэтике и правах человека и Декларация о клонировании человека.

Впрочем, в разных странах принято еще очень много подобных документов, одни из которых запрещают генетические эксперименты и клонирование, другие – разрешают в научных целях.

Будущее евгеники

К сожалению, первоначальная задача евгеники, поставленная ее основателем: «улучшить врожденные качества рас» не достигнута, а применение принудительной стерилизации и эвтаназии миллионов совершенно не заслуживающих такой участи людей, оправдываемое «научно обоснованной» заботой о будущих поколениях, навсегда очернило это поначалу совершенно не подразумевающее ничего плохого учение. На данный момент, в связи с быстрым развитием и впечатляющими успехами генетики, учение о негативной евгенике уходит в прошлое.

Генная инженерия

Генная инженерия является направлением современной науки, в котором разрабатываются технологии кардинального изменения и конструирования генетического аппарата человека и других живых организмов.

В 2001 году были опубликованы сообщения о первых «генетически модифицированных» детях, появившихся в результате использования генных технологий для лечения бесплодия женщин, вызванного наследственными факторами.

Американские молекулярные биологи разработали передовую и инновационную технологию по редактированию генома, которая позволяет удалять, вставлять и изменять различные участки человеческого ДНК, длина которого составляет одну букву нуклеотида.

“Революция в области изучения человеческого генома добилась того, что человечество узнало о том, что в нашем геноме существуют сотни мутаций, которые могут провоцировать развития тяжелых заболеваний. Мы раньше не имели эффективной методики для того, чтобы изучать изучения различных изменений, но сегодня все изменилось. Чтобы решить данную проблему, у нас есть возможность создавать инструменты для того, чтобы проектировать геном человека, чем мы сейчас и занимаемся”, – рассказал Брюс Конклин, который является главой калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Этические проблемы генных технологий

Каков этический смысл вмешательства в геном человека? Допустимо ли с моральной точки зрения создание человека с заранее заданными свойствами? Каковы возможные этико-правовые и социальные последствия генных технологий? Ряд известных ученых призывает к осторожности, поскольку невозможно предвидеть все возможные результаты подобных вмешательств.

Рассмотрим три основные этические позиции по этому вопросу.

1. Либеральная позиция призывает отрешиться от страха перед вторжением в эмбриональную сферу, которую надо перестать считать чем-то священным. И именно искусственное размножение в стенах лабораторий, использующее «технологии улучшения», модификации генома, является наиболее перспективным.

Первый их аргумент связан с утверждением пользы от генных технологий: ведь с их помощью можно добиться, что будущее поколение будет более крепким физически, будет обладать более высоким интеллектом, здоровьем и долголетием.

Второй аргумент этой позиции опирается на принцип уважения автономии: будущее поколение должно иметь право на улучшенные генетические качества. Ведь больные дети могут предъявить судебные иски своим родителям за то, что те не исправили их наследственность!

Третий аргумент: прогресс науки невозможно остановить, вмешательство государства в этот процесс будет означать нарушение свободы научных исследований.

2. Консервативная позиция опирается на следующие положения: человек – это не только природное существо; евгенические идеи «улучшения» человека являются ложными, так как они предполагают достижение цели не на путях духовного возрастания, а лишь посредством биологических методов.

Известный католический теолог, кардинал Й. Ратцингер, говоря о перспективах искусственного создания человека и его масштабных последствиях для современной культуры, констатирует: «Этой властью устраняется Бог». Достаточно ярко эти последствия нарисовал О. Хаксли в своем известном романе «О дивный новый мир», отсюда становится ясно, что «биологическое ограничение свободы – это наиболее эффективное ее ограничение, связанное с возможностью ее необратимой утраты». В этой связи представители консервативной позиции считают, что необходимо законодательно закрепить право на неизменный геном.

3. Умеренная позиция отличается, с одной стороны, от позиции безусловного принятия и одобрения технологий генетического моделирования жизни тем, что выдвигает требования законодательного их регулирования. Причем, это рассматривается не как нарушение свободы научных исследований, а как необходимость предотвращения некоторых нежелательных последствий новых биотехнологий. С другой стороны, умеренные не согласны с требованием консерваторов закрепить право на неизменный геном, поскольку это может явиться преградой для развития таких перспективных направлений медицинской генетики, как генная терапия.

Суть умеренной позиции состоит в том, что необходимо провести грань между генной терапией, которая этически оправдана, и евгеническими вмешательствами в геном, опирающиеся на собственные предпочтения родителей или властвующей элиты, которые не могут быть этически оправданы. Эта грань достаточно тонка, но ее провести возможно. Видный представитель умеренного направления, известный германский философ Ю. Хабермас считает, что ее можно провести по двум основаниям:

во-первых, по цели. Генная терапия нацелена на исправление дефекта, на охрану здоровья, исцеление. Евгеническая же трансформация – вне терапевтических целей, она проводится единственно на основе личных предпочтений третьих лиц.

во-вторых, они отличаются по тому, относится ли врач-генетик к эмбриону, как к потенциальному участнику диалога, коммуникации.

Иными словами, можно ли предположить положительный ответ будущего ребенка на моделирующее вмешательство? Ю. Хабермас считает, что в случае генной терапии, этот положительный ответ предполагается, т.к. ребенок исцеляется от тяжелого недуга. Во втором же случае положительный ответ предположить невозможно. Взрослеющая личность должна сама выбирать путь своего развития. А когда родители «программируют» своего ребенка на то, чтобы он стал, предположим, музыкантом (а он, возможно, пожелает стать спортсменом), то это не что иное, как патернализм. Став объектом генной трансформации, человек лишается свободы самоопределения, в силу чего нарушается основополагающий постулат либерализма: все люди должны обладать равными шансами на автономную самореализацию. Личность чувствует себя связанной односторонним решением прошлых поколений и не может рассматривать себя в качестве подлинного автора собственной жизни.

Итак, как мы видим, в этой дискуссии на одной чаше весов – свобода научных исследований, на другой – права, защищающие человеческое достоинство, жизнь и здоровье.

В конце XX века ученые-генетики, философы, политики, социологи встают перед необходимостью решения целого комплекса реальных этических проблем генных технологий.

Может ли человек (ученый, исследователь-генетик, политик) стать соавтором биологической эволюции?

Может ли и должна ли реальность биогенетического неравенства (способности, здоровье) стать основанием социального неравенства?

Может ли наука изменить принципы демократического управления обществом?

Должно ли генетическое обследование стать доступным каждому и охватывать всю популяцию?

Должно ли генетическое тестирование стать обязательным?

Должно ли оно стать обязательным для людей, вступающих в брак или при беременности?

Можно ли рассматривать генетическую диагностику основанием для аборта (прерывания беременности)?

Этично ли сообщать человеку об имеющейся у него предрасположенности к тому или иному заболеванию? Особенно, если медицина не может еще предотвратить его развитие? Допустимо ли, чтобы данные генетического обследования («генный паспорт») были использованы страховыми компаниями и работодателями?

Может ли геном стать критерием оценки личности?

Как гарантировать и обеспечить конфиденциальность материалов генетического тестирования?

Должны ли люди знать свое генетическое будущее? Вправе ли они выбирать — знать или не знать? Можно ли информировать их об этом в принудительном порядке?

Может ли генетическое тестирование населения стать основанием классификации групп населения и основанием для властей ограничения свобод «неблагополучных» людей?

Эти вопросы составляют суть этической проблематики генных технологий. Они тесно связаны между собой, и каждый из них является не произвольной конструкцией изобретательного человеческого ума, но естественным следствием уже существующей научной практики.

История генетических методов и технологий

История генетических методов и технологий непосредственно связана со стремлением человека к улучшению пород домашних животных и возделываемых растений. Отбирая определенные организмы из природных популяций, скрещивая их между собой, человек, не имея представления о механизмах этих процессов, уже сотни лет назад создавал улучшенные сорта растений и породы животных, обладавших нужными ему свойствами.

К началу научного подхода относится интерес австрийского монаха Грегора Менделя к процессу гибридизации растений, к изучению которого он приступает летом 1865 года. Мендель показал, что наследственные свойства не смешиваются, а передаются потомству в виде отдельных единиц. В 1909 году датский ботаник Иогансен назовет их генами (от греч. genos — род, происхождение). Позднее американец Уильям Сэттон заметил удивительное сходство между поведением хромосом во время образования гамет и оплодотворения и передачей менделевских наследственных факторов. На основании этих открытий создается хромосомная теория наследственности.

Начало XX века — время формирования генетики — науки о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В 20-х годах советскими учеными школы А.С. Серебровского были проведены первые эксперименты, доказавшие сложное строение гена. Эти представления были использованы ДЖ. Уотсоном и Ф. Криком для создания модели ДНК (1953 г.) и расшифровки генетического кода.

Возможности, связанные с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала привели к возникновению генной инженерии. В 1972 году в США в лаборатории П. Берга была получена первая гибридная ДНК. Идеи и методы генетики начинают находить применение в области медицины. В 70-е годы началась расшифровка генома человека. Уже более 10 лет существует проект «Геном человека». «Из 3 млрд. пар нуклеотидов (в виде сплошных непрерывных пассажей) прочтено пока всего около 10 млн. знаков».

«Чтение» генома обнаружило наличие «дефектов», когда всего лишь одна «буква» заменена на другую в последовательности длиной в 3 тысячи букв. Сейчас уже известно, что каждый конкретный дефект — это причина наследственных болезней. Это знание и произвело переворот в лабораторной диагностике генетических заболеваний. Отсюда с начала 80-х годов входят в оборот понятия «доклиническая диагностика», «прогностическая медицина» (Ж. Доссе). Формируется и медицинская генетика, ибо новые возможности диагностирования естественно определяют задачу нахождения специальных методов лечения.

Возможность диагностировать и выявлять носителя гена-мутанта становится основанием генетических консультаций для супружеских пар, которым наследственность или другие факторы дают повод опасаться появления на свет неполноценного ребенка.

По данным западно-европейских и американских врачебных ассоциаций, 15% людей нуждается в медико-генетической помощи. В странах с высоким уровнем жизни генетические клинические обследования становятся частью современного здравоохранения. В России же доступ к медико-генетической помощи для широких слоев населения ограничен в силу организационных и материальных причин.

Какими же вариантами поведения располагают обследуемые супружеские пары в случае неблагоприятной диагностики? Это — предохранение от беременности, сознательное согласие на риск с возможным прерыванием беременности, если зародыш наследует недуг, усыновление ребенка, оплодотворение донорскими клетками.

Появление генетической диагностики естественно ставит вопрос о разработке операций по перестройке генома человека. Так возникла идея генной терапии. Сегодня существуют два ее вида:

Первый — соматическая терапия. Она заключается в том, что в клетке больного дефектный ген заменяется здоровым, способным выполнять нужную функцию. Первая попытка использовать генную терапию для лечения человека, приведшая к положительному результату, была предпринята в 1990 году. Пациенткой стала девочка с нарушением защитных функций иммунной системы. Исследователи полагают, что манипулирование соматическими клетками — «абсолютно этично», ибо последствия касаются только данного индивида, не имея воздействия на наследственность.

Эта констатация вызывает сомнение в связи с развитием такого вида клеточной терапии, как фетальная, использующая при лечении зародышевые ткани человека.

Фетальный материал — это человеческие эмбрионы поздних сроков беременности (16-21 недели). По данным директора Международного института биологической медицины проф. Г.Т. Сухих, в его институте «собран самый крупный в мире банк фетальных тканей». Этот самый крупный в мире сбор — результат опережающего все мировые показатели количества абортов, в том числе и поздних сроков беременности, производимых в России. Новые «возможности» и методики новы прежде всего тем, что работают вне границ традиционной морали и этики.

Это подтверждает и второй вид генной терапии — зародышевая терапия, предполагающая вторжение в генетический материал — в мужские и женские репродуктивные клетки. В этом случае любые изменения передаются по наследству из поколения в поколение. Поэтому, по данным ЮНЕСКО 1994 года, зародышевая терапия строго (пока) запрещена.

Заявление о современных разработках в технологии клонирования

Современное клонирование овцы от клетки взрослого животного открыло путь к клонированию любого биологического вида, включая человека. Хотя никто не может препятствовать научным поискам и экспериментам в этом направлении, возникает вопрос, должно ли правительство США запретить или регулировать эту деятельность и предоставлять общественное финансирование.

Представители Православной Церкви во всем мире остаются верными строгости понимания сакральности человеческой жизни: каждый человек создан как уникальная личность «по образу Божию». Поэтому подавляющее большинство православных этиков настаивает, что все формы евгеники, включая манипулирование с человеческим генетическим материалом вне терапевтических целей — в нравственном отношении отвратительны и угрожают человеческой жизни и благополучию.

Различные технологии клонирования, использующие животных, развиваются уже более десяти лет, обещая продлить человеческую жизнь, благодаря созданию новых лекарств, белков и других полезных веществ. Такие усилия заслуживают общественную поддержку и финансирование. Однако перспективы человеческого клонирования порождают призрак «наклонной плоскости» в наиболее зловещей форме. В «падшем» мире, где права перевешивают ответственность, использование технического клонирования человеческих клеток неизбежно приведет к злоупотреблениям: коммерциализации «первичных» ДНК, производству детей с целью получения «запасных частей», к движению в направлении создания «высшего» класса человеческих существ. Более того, в настоящее время ученые не в состоянии определить, содержит ли в себе отобранная клетка мутации или другие дефекты, которые могут привести к калечащим уродствам или задержкам в умственном развитии у клонированного ребенка.

Как генная инженерия может изменить будущее

Технология CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) произносится как «криспер» и представляет собой биологическую систему для изменения ДНК. Звучит как довольно смелое заявление, но именно такого мнения придерживаются многие ведущие мировые генетики и биохимики.

CRISPR была открыта в 2012 году молекулярным биологом, профессором Дженнифер Дудной. Ее команда ученых в Университете Беркли в Калифорнии изучала, как бактерии защищаются от вирусной инфекции.

Сейчас профессор Дудна и ее коллега Эммануэль Шарпентье входят в число самых влиятельных ученых мира. Природный механизм, который они обнаружили в ходе своих исследований, может быть использован биологами для того, чтобы вносить точечные изменения в любую ДНК.

«С тех пор как мы опубликовали свое исследование четыре года назад, многие мировые лаборатории стали применять эту технологию на животных, растениях, людях, грибках, других бактериях — другими словами, практическими на каждом изучаемом организме», — рассказала профессор в интервью BBC.

Когда бактерию атакует вирус, она производит генетический материал, соответствующий генетической последовательности нападающего. Этот материал в сочетании с ключевым белком Cas9 может прикрепиться к ДНК вируса, взломать генетический код и нейтрализовать вирус.

Теперь ученые могут применять эту же схему, чтобы вставлять в ДНК новые элементы, удалять или исправлять ее участки.

Этот процесс настолько точный, что ученые могут перебрать миллиарды химических комбинаций, составляющих ДНК клетки, чтобы внести в генетический код какое-то конкретное ключевое изменение.

Важно и то, что это простой и недорогой метод. Поэтому он ускорит все виды исследований — от создания генетически модифицированных моделей человеческих болезней у животных до поиска мутаций ДНК, которые провоцируют возникновение заболеваний или, наоборот, предохраняют от них.

Бостонская биотехническая фирма Editas Medicine планирует запустить клинические испытания первого генномодифицирующего лекарства к 2017 году. Предполагается, что при его помощи можно будет лечить амавроз Лебера (LCA10) — редкое заболевание сетчатки глаза, которое приводит к слепоте, так как в результате мутации генов происходит постепенная утрата расположенных в глазу фоторецепторов.

В области биотехнологий существует сразу несколько недавно созданных фирм, которые надеются внедрить применение технологии CRISPR в больницах.

Они предполагают, что «крисперы» могут быть использованы для усиления функций Т-клеток организма, что может улучшить способность иммунной системы распознавать раковые клетки и бороться с ними. Еще одна потенциальная область применения технологии — лечение заболеваний крови и иммунной системы.

Две более ранние технологии генной инженерии уже применяются на практике:

Одна из них – TALENs – в прошлом году была использована в лондонской больнице Грейт-Ормонд-стрит для успешного лечения рака. У пациентки Лайлы Ричардс была агрессивная форма лейкемии, и ей не помогало никакое лечение. На сегодняшний день Ричардс остается первым и единственным человеком, чья жизнь была спасена при помощи редактирования генома.

Первые в мире испытания генной инженерии происходили в Калифорнии с использованием другой технологии — ZFNs. Тогда иммунные клетки были изъяты из крови около 80 пациентов с ВИЧ. Затем ученые удалили ген под названием CCR5, который ВИЧ-инфекция использует для доступа к клеткам. Лечение было основано на редкой генной мутации, которая дает людям естественный иммунитет к заболеванию.

Несмотря на то что исследования эти были лишь небольшими и экспериментальными, а, следовательно, к их результатам нужно относиться с определенной долей осторожности, тем не менее их результаты выглядят многообещающе.

Заключение

Таким образом, даже проанализировав изученную информацию, нельзя прийти точно дать ответ на вопрос «Евгеника двигает нас в будущее и старается сделать жизнь человека, будущих поколений лучше или она ограничивает его возможности и ведет к полному уничтожению человеческой личности?».

Существует множество теорий и мнений о влияние евгеники на человека и её целей, я считаю, что самая правильная из них – умеренная позиция, когда необходимо провести грань между генной терапией, которая этически оправдана, и евгеническими вмешательствами в геном, опирающиеся на собственные предпочтения.

За время существования евгеники было разное, хорошее и плохое, но что будет с ней в будущем зависит только от нас. В наших руках будущее и мы должны пытаться сделать его лучше.

Список литературы

Севастьянов Александр Никитич, «Евгеника: вчера, сегодня, завтра»

Журнал «Человек» №1, 1996 г, С.М. Гершензон, Т.И. Бужиевская, «Евгеника:

Журнал «Человек» №2, 2007 г, Л.И. Корочкин, Л.Г. Романова «Генетика поведения человека и евгеника»

Журнал «Человек» №3, 2006 г, Ю.В. Хен, «Евгеника: основатели и продолжатели»

Московское общество испытателей природы, М.М. Асланян, Т.П. Шкурат, «Евгеника — соблазн остаётся»

Генная инженерия открывает перед человечеством возможности по созданию ранее не существовавших организмов и уничтожению генетических болезней. Однако все не так радужно, поскольку даже прорывная технология CRISPR/Cas9 работает далеко не идеально. Допускаемые ею ошибки могут быть редкими, но и одной достаточно, чтобы стать фатальной для человека. «Лента.ру» рассказывает о том, что не так с CRISPR и как ученые пытаются исправить ситуацию.

Система CRISPR/Cas9 — своеобразные ДНК-ножницы — по праву считается революцией в области генной инженерии. С ее помощью ученые могут редактировать человеческий геном, убирая из него вредные мутации, и лечить таким образом неприятные и смертоносные наследственные болезни. Не следует думать, однако, что раньше подобных методов не было. В арсенале у генетиков имелись, например, нуклеазы, содержащие цинковые «пальцы», и эндонуклеазы — ферменты, разрывающие молекулы ДНК в специфичных местах. В точности, универсальности и стоимости они ощутимо проигрывают CRISPR/Cas9, хотя и последняя далеко не совершенна.

CRISPR/Cas9 была изначально создана не учеными, а природой. Это молекулярный механизм, существующий внутри бактерий и позволяющий им бороться с бактериофагами и другими паразитами. Фактически он работает как иммунитет против инфекции. CRISPR (расшифровывается как «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами») — это особые участки (локусы) ДНК. В них содержатся короткие фрагменты ДНК-вирусов, которые когда-то заражали предков существующих ныне бактерий, но были побеждены их внутренней защитой. Эти фрагменты называются спейсерами, они отделены друг от друга повторяющимися последовательностями.

Когда бактериофаг проникает внутрь бактерии, каждая повторяющаяся последовательность и примыкающий к ней спейсер используются в качестве шаблона для синтеза молекул, называемых crРНК. Образуется множество различных цепочек РНК, они связываются с белком Cas9, задача которого крайне проста: разрезать ДНК вируса. Однако сделать это он сможет только после того, как crРНК найдет комплементарный ей фрагмент вирусной ДНК. После того как Cas9 разрывает чужеродную нуклеиновую кислоту, последняя уничтожается до конца другими нуклеазами.

СRISPR/Cas9 хороша именно своей точностью, ведь для бактерий правильная работа иммунитета — вопрос жизни и смерти. «Антивирусной» системе нужно найти участок вирусной ДНК среди миллиона других и, главное, не спутать его со своим собственным геномом. За миллионы лет эволюции бактерии довели этот механизм до совершенства. Поэтому сразу после того, как ученые выяснили, зачем нужна CRISPR-система, они поняли, что ее можно «приручить» в качестве беспрецедентно точного инструмента редактирования генов.

Чтобы произвести замену одного специфического участка в геноме на другой, необходимо синтезировать направляющую РНК, которая по принципу действия аналогична crРНК. Она указывает Cas9, где необходимо произвести двуцепочечный разрыв в ДНК модифицируемого организма. Однако нам нужно не испортить ген, а модифицировать его — например, заменить один или несколько нуклеотидов и убрать зловредную мутацию. Тут на помощь опять приходит природа. Естественные механизмы репарации тут же начинают восстанавливать перерезанную цепочку. Фокус в том, что для этого удаляются некоторые фрагменты РНК рядом с разрывом, после чего туда вставляются похожие последовательности. Ученые могут заменить их собственными последовательностями ДНК и таким образом модифицировать геном.

Однако нет ничего идеального. Несмотря на относительную точность, CRISPR-система иногда делает ошибки. Одна из причин лежит в самой природе системы. Бактерии невыгодно, чтобы crРНК совпадали на 100 процентов с фрагментом вирусной ДНК, который может отличаться на один-два нуклеотида. Для нее лучше, чтобы некоторые нуклеотиды могли отличаться, что дает микроорганизму больше шансов побороть инфекцию. В то же время в генной инженерии невысокая специфичность грозит ошибками: изменения могут быть внесены не там, где нужно. Если это произойдет в ходе экспериментов на мышах, то трагедии особой нет, но редактирование генома человека может обернуться катастрофой.

Этим объясняется озабоченность западных ученых экспериментами, которые проводятся в Китае. Азиатские исследователи прибегли к генным модификациям человеческих эмбрионов с помощью технологии CRISPR. Подобные опыты были запрещены в Европе и США, но недавно Великобритания разрешила их — исключительно в исследовательских целях. Такие эмбрионы должны будут уничтожаться через пару недель после получения, что исключает «выведение» ГМ-людей.

Однако CRISPR/Cas9 не была бы такой замечательной, если бы ее невозможно было усовершенствовать. Так, ученые научили Cas9 разрезать не две цепочки сразу, а только одну. Разрез вносится в двух различных местах ДНК-последовательности на разных цепях, поэтому система должна уметь распознавать в два раза больше нуклеотидов, чем обычно, что делает ее более точной.

Ученые из университета Западного Онтарио нашли еще один способ усовершенствовать эту технологию. Они пытались решить проблему репарации разрезанной ДНК. Быстрое восстановление нуклеиновой цепочки приводит к тому, что ученые не успевают внести в геном свои исправления. Таким образом создается порочный круг: отремонтированную нежелательным образом цепочку вновь приходится разрезать белком Cas9.

Чтобы предотвратить такую ситуацию, исследователи модифицировали «белковые ножницы», создав белок TevCas9. Он разрезает цепочку ДНК в двух местах, что затрудняет восстановление участка. Для синтеза нового фермента к Cas 9 присоединили фермент I-Tevl, который также является эндонуклеазой, то есть белком, расщепляющим молекулу ДНК в середине, а не отщепляющим концы последовательности, как это делают экзонуклеазы. Полученный гибридный белок оказался более точен в связывании со специфичными участками и с меньшей вероятностью может ошибиться и разрезать не тот участок.

Повышать точность CRISPR-систем можно и другим способом. «Гонка вооружений» между бактериями и вирусами привела не только к развитию защитных систем у микроорганизмов, но и способов их обезвреживания. Так, бактериофаги быстро мутируют, лишаясь участков, по которым бактериальный иммунитет их распознает. Однако некоторые кодируют анти-CRISPR-белки, мешая работе комплекса crРНК и Cas9.

8 декабря в журнале Cell была опубликована статья ученых из Торонтского университета, которые создали «анти-CRISPR» — систему, которая позволяет выключить механизм при определенных условиях. Она позволяет предотвратить нежелательные ошибки, подавляя активность Cas9 в том случае, если направляющая РНК свяжется не с тем фрагментом. «Анти-CRISPR» состоит из трех белков, которые ингибируют нуклеазу и кодируются генами одного из бактериальных вирусов.

Уже сейчас технологию CRISPR используют для лечения таких серьезных заболеваний, как лейкоз и рак легких, а также испытывают для очистки иммунных клеток от ВИЧ. По мере того как ученые находят все новые способы совершенствования этого метода, будет открываться все больше возможностей его применения.

Научная статья
на тему: “Генная инженерия: что будет в будущем?«

В средствах массовой информации регулярно
слышно о генетически модифицированных продуктах питания, растениях и животных.
В этой статье говорится о том, что генная инженерия должна сделать возможной в
ближайшие несколько лет, и о последствиях, которые могут возникнуть в
результате этого. Вы узнаете все, что вам нужно знать о генной инженерии и ее
различных аспектах.В последние несколько лет биологи и естествоиспытатели
интенсивно занимались генами растений, животных и человека. Основная цель
заключалась в том, чтобы больше узнать о структуре генетической информации.
Обладая этими знаниями, теперь можно вносить изменения в генетический материал
живых существ. Вот несколько примеров:

●    
Растения подвергаются генетическим
манипуляциям, чтобы они были невосприимчивы к определенным патогенам или могли
выжить при значительно меньшем количестве воды.

●    
Корова создает в своем теле средство, убивающее
бактерии, которое улучшает качество ее молока.

●    
А пока есть сорта томатов, у которых отключена
«гниль». Эти помидоры могут храниться неделями, не становясь
«мягкими».

●     Крысе
имплантировали гормон роста IGF-1. В результате животное удвоило свою мышечную
массу и могло самостоятельно тянуть тяжелые веса.

Будущее генной инженерии

За последние несколько
десятилетий многие растения и животные претерпели генетические изменения. Это
ни в коем случае не бесспорно: многие люди опасаются, что генетические
изменения с благими намерениями приведут к негативным последствиям. Например,
некоторые покупатели супермаркетов стараются не покупать генетически
модифицированные продукты питания , опасаясь, что это навредит их здоровью.

Возникает вопрос: что
будет с генной инженерией в будущем ? Здесь нельзя дать однозначного ответа.
Для этого есть две причины: с одной стороны, ученые сначала должны выяснить,
какие манипуляции действительно возможны. С другой стороны, политика и общество
также должны решить, какие генетические изменения, например, у людей,
желательны, а какие нет. Например, этически нормально помогать инвалидам с
генетическими модификациями? Каждый должен сначала ответить на этот вопрос для
себя.

Однако следует сделать
одно предположение (к лучшему или к худшему): как только станет биологически
возможным проводить генетическую оптимизацию у людей, люди обязательно
воспользуются этим, независимо от того, законно это или нет. Можно было бы
укрепить мышцы или улучшить память. Но масштабные исследования проводятся и в
другом направлении: смогут ли люди когда-нибудь больше не стареть физически ,
но оставаться молодыми? По крайней мере, пока что ученые в этой области еще не
сделали прорыва. Мы не знаем, случится ли это в будущем. Но нам любопытно
посмотреть, какие открытия сделает в будущем наука в этой области генной
инженерии, и мы надеемся, что эти знания не будут использоваться неправильно.