Взломавшая код. Дженнифер Даудна, редактирование генома и будущее человечества

За ужином ученые рассуждали, в каком направлении их лаборатории могут двинуться дальше. “Атмосфера была очень теплой, хотя и казалось, что неловкости не избежать, – говорит Сонтхаймер. – Просто чудесный ужин в чудесное время, когда все мы только начинали понимать, какую важность это обретет”.

Статья Даудны и Шарпантье, опубликованная онлайн 28 июня 2012 года, дала стимул к развитию совершенно новой области биотехнологий – разработке инструмента для редактирования генома человека на базе CRISPR. “Мы все понимали, что вступаем в большую игру, где каждый будет стремиться как можно скорее [воссоздать процесс] в клетках человека, – отмечает Сонтхаймер. – Время для этой идеи настало, и нам предстоял забег к цели”.

Часть третья. Редактирование генома

Какое множество прекрасных лиц!

Как род людской красив! И как хорош

Тот новый мир, где есть такие люди![155]

Уильям Шекспир. Буря

Глава 20. Инструмент для человека

Генная терапия

Путь к синтезу генов человека начался в 1972 году, когда профессор Стэнфорда Пол Берг нашел способ отделить фрагмент ДНК вируса, который встречается у обезьян, и сшить его с ДНК совершенно другого вируса. Вуаля! Получился продукт, который он назвал “рекомбинантной ДНК”. Герберт Бойер и Стэнли Коэн научились более эффективно создавать такие искусственные гены и затем клонировать их миллионами. Так зародились генная инженерия и биотехнологический бизнес.

Ученым понадобилось еще пятнадцать лет, чтобы поместить синтезированную ДНК в клетки человека. Цель состояла в том, чтобы создать своего рода лекарство. Никто не пытался менять ДНК пациента, поэтому речь не шла о редактировании генома. При генной терапии в клетки пациента помещаются фрагменты ДНК, искусственно синтезированные для нейтрализации дефектного гена, вызывающего болезнь.

Первое клиническое испытание прошло в 1990 году. Пациентом стала четырехлетняя девочка с генетической мутацией, которая ослабила ее иммунную систему, в результате чего организм стал подвержен инфекциям. Врачи нашли способ поместить рабочие копии недостающего гена в Т-клетки ее крови. Т-клетки изъяли из организма девочки, снабдили недостающим геном, а затем поместили обратно. Благодаря этому ее иммунная система значительно укрепилась.

Сначала в сфере генной терапии наблюдались некоторые успехи, но вскоре возникли сложности. В 1999 году клиническое испытание в Филадельфии остановилось, когда молодой человек умер из-за сильнейшего иммунного ответа, вызванного вирусом, переносящим терапевтический ген. В начале 2000-х годов при генной терапии иммунодефицита был случайно активирован раковый ген, и пять пациентов заболели лейкемией. Подобные трагедии не менее чем на десять лет заморозили большинство клинических исследований, но поэтапное совершенствование генной терапии заложило фундамент для более энергичных начинаний в сфере редактирования генома.

Редактирование генома

Вместо того чтобы лечить генетические дефекты с помощью генной терапии, некоторые врачи-исследователи принялись искать способы исправлять проблемы в зародыше. Их целью было редактирование дефектных последовательностей ДНК в нужных клетках пациента. Так родилось начинание, названное редактированием генома.

Гарвардский профессор Джек Шостак, научный руководитель Даудны, в 1980-х нашел один из ключей к редактированию гена: он научился разрывать обе нити двойной спирали ДНК, совершая так называемый двухцепочечный разрез. Когда такое случается, ни одна из нитей не может служить образцом для восстановления, или репарации, другой. Геном восстанавливается одним из двух способов. Первый называется “негомологичным соединением концов”. (Термин “гомологичный” происходит от греческого слова, означающего “подобие”.) В таких случаях репарация ДНК идет путем простого соединения концов, без попытки найти соответствующие друг другу последовательности. При таком неаккуратном соединении могут происходить нежелательные вставки и делеции генетического материала. Более точная “гомологичная репарация” становится возможной, когда разорванная ДНК находит поблизости подходящий образец для замены. Обычно клетка копирует и вставляет имеющуюся гомологичную последовательность туда, где были сделаны двухцепочечные разрезы.

Изобретение редактирования генома происходило в два этапа. Сначала ученым нужно было найти подходящий фермент, способный делать двухцепочечные разрезы в ДНК. Затем им необходимо было найти направляющую, которая проведет фермент к тому самому месту в ДНК клетки, где требуется сделать разрыв.