Вчені вперше "вирізали" ген смертельної хвороби. Чому це стало сенсацією

Група вчених зі США та Південної Кореї успішно видалила з ДНК людського ембріона ген, який призводить до розвитку гіпертрофічної кардіоміопатії. Це спадкове захворювання, яке зустрічається в одного з 500 людей та може призвести до раптової передчасної смерті.

Результати досліджень вчені опублікували в журналі Nature, а згодом про нього написала більшість провідних видань світу.

Інакше й бути не могло.

Редагування генів вважається технологією майбутнього, яка може допомогти вченим боротися з хворобами, які обумовлені генетично. До них відноситься і рак, і десятки інших смертельних недуг.

Що зробили вчені

Стаття в журналі Nature описує експеримент групи вчених під керівництвом Шухрата Міталіпова, який вони провели в лабораторії Орегонського університету охорони здоров'я та науки. Технологія, яку вони застосували, досліджується вже п'ять років та називається CRISPR/Cas9, або ж просто CRISPR (вимовляється "кріспер").

Як пише Vox, експеримент став великим кроком уперед в галузі генної інженерії, оскільки дослідники отримали кращі результати, аніж будь-хто з попередників, які застосовували CRISPR для вирізання "хворих" генів.

Експеримент пройшов вдало в 42 з 58 випадків, тобто успішність була на рівні 72%. Після п'яти діб розвитку ембріони були знищені.

Від самого початку їх не планувалося підсаджувати для виношування в утробу жінки, мова йшла лише про тестування концепції.

Автори експерименту переконані, що хоч вони й зосередились на одній конкретній хворобі, їхня техніка спрацює і на тисячах інших мутацій. Вони вважають, що експеримет довів - їхній підхід є точним, ефективним та безпечним.

Співатор дослідження Пола Амато відзначила на прес-конференції, що перед тим, як перейти до клінічних випробувань знадобиться ще багато тестів на безпеку.

"Ми хочемо відтворити дослідження з іншими мутаціями та іншими донорами (сперми та яйцеклітни)", - сказала вона. Зокрема, її особисто цікавлять мутації BRCA1 та BRCA2, які підвищують ризик захворювання на рак грудей та рак яєчників.

Що таке редагування генів та "дизайнерські діти"

Ідея змінювати гени не нова. Експерименти над зміною генотипу бактерій, рослин, тварин і, звісно, людини тривають вже багато років.

Для тих, хто вже не пам'ятає шкільний курс біології, нагадаємо, що генотип - це послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК, її код, який обумовлює наші риси, зовнішність, характер і багато чого іншого. Загалом в генотипі людини нараховується до 6,5 мільярдів нуклеотидів.

Ген - це окремий відрізок ДНК, який відповідає за ту чи іншу рису. Вчені хочуть навчитися змінювати послідовності ДНК, вилучаючи з неї "погані" ділянки, замінюючи "гарними".

Одна з проблем, яка гальмує стрімкий розвиток цієї галузі - це етичний аспект.

Чимало людей називають експерименти з генної інженерії "грою в Бога". Вони побоюються відродження євгеніки та появи так званих "дизайнерських дітей", тобто особистостей з наперед визначеними рисами - кольором очей, волосся, зростом і т.д.

Ці страхи зрозумілі, недарма на цю тему написано чимало фантастичної літератури. Але реалії науки такі, що до створення "штучних людей" з наперед визначеними рисами ще дуже далеко і невідомо, чи взагалі вчені зможуть таке робити. Бо насправді гена блакитних очей або високого інтелекту не існує - ці ознаки є взаємодією сотень, а можливо й тисячі генів.

Проте, ген тієї чи іншої небезпечної хвороби можна виділити, і саме з цим сьогодні працюють вчені.

Ще один важливий моральний аспект проблеми полягає в тому, що експериментувати доводиться на людських ембріонах. Це викликає роздратування віруючих та суперечки щодо етичності.

Слід розуміти, що ембріони, які застосовуються для експериментів, не мають "класичного" походження. Їх отримують з лабораторій штучного запліднення від донорів сперми та яйцеклітин. Експерименти проводять на відбракованих екземплярах.

Наприклад, у 2015 році китайські вчені експериментували з ембріонами, враженими смертельним спадковим захворюванням крові бета-талясемією. Рік потому вони використали ембріони, вражені ВІЛ.

Тим не менш, експерименти з ембріонами обмежені в багатьох країнах. У США прямої заборони немає, але на експерименти, що призводять до руйнування ембріонів, заборонено виділяти державне фінансування.

У Китаї закони менш жорсткі, але ембріони після експериментів все одно знищують. У 2016 році дозвіл на генні експерименти з ембріонами видали у Великій Британії, але з суворим обмеженням - на 14-й день розвитку ембріони мають бути знищені.

Новітня технологія, народжена йогуртом

Прорив у галузі редагування генів стався завдяки появі CRISPR. До того експерименти з виправлення генотипу коштували тисячі доларів і тривали тижні, а то й місяці. Тепер, пише Vox, експеримент може коштувати $75 та забирає кілька годин.

Ще одна важлива деталь полягає в тому, що "кріспер" діє точніше, аніж всі відомі попередні методи. А запозичили технологію дослідники в природи, і як то часто буває, випадково.

У 1987 році японські вчені, вивчаючи бактерію кишкової палички помітили незвичну послідовність у її молекулі ДНК. Згодом інші вчені знайшли таку ж послідовність в інших бактерій та назвали її CRISPR (скорочено від Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, що в перекладі означає згруповані з однаковими проміжками короткі паліндромні повтори).

У 2007 році вчені, досліджуючи бактерію, яка використовується для вироблення йогуртів, випадково помітили, для чого ж бактеріям потрібні ті послідовності. Виявилося, що вони є складовою механізму боротьби з вірусами.

Від розрізання вірусів до розрізання генів

Працює все дуже просто. За своєю природою вірус - то найчастіше молекула ДНК, загорнута в білкову оболонку. Під час атаки на клітину (наприклад, бактерію) він підміняє материнську ДНК власною і клітина починає відтворювати не свої копії, а копії віруса.

Бактерії за допомогою молекули РНК (фактично, це та ж сама ДНК, але з не з двома, а однією спіраллю) роблять "фотографію" молекули ДНК віруса, який її атакує та додає в базу даних. Під час наступної атаки спеціальний ензим, який виділяє бактерія, співставляє "фотографію" з вірусом. Якщо співпадіння є, він ріже вірусну ДНК на шматки.

Ілюстрація, що демонструє роботу "кріспера". Жовтим позначено ДНК, блакитним - РНК, а червоним - ензим Cas9. Фото: molekuul.be/Alamy/Vida Press

Ензим, здатний розрізати на шматки ДНК, отримав назву Cas9. Вчені виявили, що йому можна підсунути штучну РНК, і він проведе операцію з вирізання "поганого" гена. Більш того, ензим може не лише видаляти небажані ділянки, але й вставляти на їхнє місце нові.

Технологія дуже проста і, головне, дешева. Як правило потрібну РНК в ембріон доставляють за допомогою вірусу, а далі вже відбувається процес "ремонту".

За останні п'ять років експериментів з "криспером" вчені значно удосконалили технологію. Наприклад, навчилися точніше "прицілюватися", аби видалявся потрібний ген і не вносилися небажані зміни на інших ділянках.

Власне, саме точність редагування генів викликає занепокоєння дослідників. Необхідно досягти такого рівня націлювання "кріспера", аби він не вносив непотрібні зміни, які можуть у майбутньому спричинити появу нових хвороб у людини.

Тому про застосування технології на ембріонах, які потім буде виношувати жінка, ще не йдеться. Це справа недалекого майбутнього.