Дмитрий Мадера, ръководител на катедрата по молекулярна генетика в BIOCAD, старши преподавател в SPCFU, Ph.D.
През 2002 г. завършва Биологическия факултет на Московския държавен университетспециалност генетика. Той защитава дисертацията си за степен на доктор по философия по биология по програмата за изучаване на функцията и генната експресия в Университета на Масачузетс, след което работи в Националните здравни институти, изучава молекулярните аспекти на развитието на рака и как да влияе върху тях. През 2015 г. той оглавява лабораторията за молекулярна генетика в BIOCAD и оттогава се занимава с разработването на продукти за генна терапия. Авторът на международен патент, описващ нова нуклеаза на семейство Cas9 и статии в областта на развитието на рак.
Той експериментира с Jiankui, онкологичен риск при момичета, родени и прицелни мутации
Какво мислите за експеримента на китайския биофизик Хъ Цзянкуей, който редактира генома на два ембриона?Експертиискче родените момичета могат да имат мутации. Как да избегнем това?— След като проучих оригиналния източник (изследването на MIT — Hi-Tech) и коментара на генетика Фьодор Урнов, разбрах, че медиите са малко изкривениДа, момичетата са по-склонни да имат мутации.Това се отнася до тези мутации, които не са известни къде точно ще възникнат.И сега е трудно да се установи къде точно са възникнали случайните мутации, които са резултат от CRISPR / Cas9.За да направите това, трябва да направите сравнение с родителите на момичетата.
Формално, това е правилно твърдение: наистина може да има офтаргетни мутации и нищо не можете да направите по въпроса.И настоящите методи за редактиране на гени не предотвратяват това.Бъдете опасни.
В края на 2018 г. китайският учен Хе Джианкуиобяви, че е в състояние да създаде генетично модифицирани близнаци с вроден имунитет срещу ХИВ. Той каза, че е редактирал ембрионите на двойки, подложени на IVF, и един от седемте опита е успешен. Експериментът предизвика нова вълна от дискусии относно етиката на намесата в човешкия генетичен код.
Федор Урнов обаче, специалист по редактиранеГеномът на Калифорнийския университет в интервю за MIT Technology Review отбеляза: „Твърдението, че възпроизвежда преобладаващия CCR5, е явна погрешна представа“, и добави, че може да се опише само като „умишлено погрешно представяне“.
Ново проучване от MIT показа, че учените не го правятбяха в състояние да възпроизведат преобладаващата версия на CCR5. Въпреки че екипът, насочен към правилния ген, изследователите не копираха желаната вариация на Delta 32, а вместо това създадоха нови издания, ефектът от които не е ясен - докато те могат да причинят мутации.
Твърдение, че Хъ Цзянкуей не е успял да мутира гена CCR5 (генът, който позволяваТой наистина е постигнал целта си и CCR5 наистина е мутирал и вече не работи, което означава, че ХИВ не може да зарази човешките клетки.Да, очевидно не е успял да възпроизведе специфичен естествен алел, открит в човешките популации, но въпреки това CCR5 е "нокаутиран" и не работи, което означава, че Jiankui е постигнал минималната цел.
За да предотвратите извън целевите мутации,необходимо е да се подобрят методите за редактиране на генома, да се увеличи тяхната точност. Така в бъдеще ще бъде възможно да се намали рискът от мутации до фоновото ниво и след това да се успокои върху факта, че мутациите се случват по естествен път. Както се казва, не е необходимо да бъдете по-свети от папата.
- Тоест, когато тези момичета пораснат, ще бъде нереалистично да разберем какви точно мутации са имали в резултат на действията на Джанкуй?
- Като говорим конкретно за CCR5, тогава, разбира се,възможно е. И за целия геном - по принцип това е възможно сега, ако вземете генетичния материал на техния баща и майка и го сравните със своя. Тогава ще стане ясно какви родители имат опции и кои от тези, които присъстват в генома на момичетата, нито мама, нито татко. Друго нещо е, че ще бъде невъзможно да се установи кои мутации са възникнали в резултат на CRISPR / Cas и кои на случаен принцип. Можете само да сравните честотата на тези мутации: колко нормални мутации се появяват при раждането и колко от тези момичета. Ако ще има порядък повече, тогава всичко е ясно.
Технологията за редактиране на генома CRISPR / Cas9 има потенциала да елиминира хиляди наследствени заболявания, които преди това се смятаха за нелечими.
Основната разлика между генния инструментредактиране на CRISPR / Cas9 от други, достатъчно дълго съществуващи методи - това е възможността за насочени промени в ДНК. CRISPR / Cas9 ви позволява конкретно да повлияете на последователността на ДНК и дори да промените счупения ген на правилния. За да направите това, специален ензим, нуклеаза, въвежда празнина на правилното място в генома, след което се активира системата за възстановяване - вътрешните механизми на клетката за възстановяване на генома. В този случай ДНК се поправя на мястото на счупването, като правило, с случайни грешки, което най-вероятно води до загуба или вмъкване на няколко букви в последователността и появата на мутации. Следователно тя търси като проба за желаната последователност в съседни геноми. Според технологията клетката трябва да намери тази последователност в специални фрагменти от ДНК. Генетиката им, въведена в клетката, за да я вземе и независимо да я въведе в себе си. Случайните мутации на мястото на разкъсване обаче се случват много по-често от насоченото възстановяване според пробата.
Друг въпрос, Константин Северинов (руски специалист в областта на молекулярната биология и CRISPR/Cas – Hitech) веднъж изрази интересна идея, че ако там имаше нещо напълно ужасно, момичетата просто нямаше да оцелеят на етапа на ембриогенезата.Най-вероятно нищо фундаментално за техния геном не е било засегнато.Единственото, което ме плаши, е онкологията.подобни заболявания.
- Защо? Повишава ли се онкологията в резултат на редактиране на човешкия геном?
Нека да разгледаме причините за рака.Има три от тях: наследствени мутации, т.е. специални алели, които носятвероятността от повишен риск от рак, като Анджелина Джоли; вирусни причини – човешки папиломен вирус, например; и случайни мутации.Страхувам се от появата на мутации от последния тип при момичетата в китайския експеримент, особено ако имаше висока честота на мутации.В този случай вероятността за възникване на какъвто и да е вид тумор е различна от нула.
Дмитрий Мадера. Снимка: Science Bar Hopping
Как да редактираме човешкия геном, водещите страни и съдбата на руската генетика
- Колко по-лесно е да се провеждат подобни експерименти с животни?
— Редактиране на генома на всяко животноимате нужда от собствен протокол. Трябва да редактирате мишка или крава, като използвате различни протоколи. И човек, подобно на друго животно, изисква неговото развитие за себе си, за да редактира генома си най-ефективно. Следователно не може да се каже, че е по-трудно да се редактира човек, отколкото крава. Просто трябва да го направите по различен начин, отколкото с мишка или плъх. Но подходите остават същите. При нас няма нищо много различно.
- Това епроблемът се крие само в областта на етиката и законите? И ако беше решено, ще има ли повече експерименти?
- Несъмнено.И тогава всъщност има доста експерименти. Ходя на конференции и често се срещам с колеги. Например Университетът на Орегон провежда отлични експерименти за редактиране на човешкия геном и отглеждане на ембриони. Те просто впоследствие се унищожават на определен, ранен етап. Подобни експерименти не са забранени. Всъщност единственото ограничение е имплантирането на ембрион и култивирането му до раждането.
- Кои държави са лидери в изследванията за редактиране на човешкия геном днес?
— Сега има двама такива лидери, между тях и всичкиостаналите са абсолютна бездна. Това са САЩ и Китай. Никой не е дори по-близо, те са толкова далеч от останалия свят в своите изследвания.
- Това е свързано с финансиране или научна база?
- И с двете.Китай инвестира много пари в изследвания, тяхното правителство е много загрижено за това. И ако по-рано те просто копираха технология, сега китайските учени правят интересни неща. А в САЩ просто има много силна научна база. Всъщност къде са открити всички тези CRISPR/Cas Повечето от откривателите на този метод, с изключение на Дженифър Дудна, са китайци, но работят в САЩ. Затова имаше такава синергия между двете страни.
— Какво пречи на Русия да се развива в тази област? Дори президентътТой заяви,за приоритета на изследванията в посока генетика.
- Ще кажа това, днес вече има финансиранеизследвания - отделят се много пари. Но, разбира се, всичко това не се прави за един час. Нуждаем се от научна база и училище. В Русия по отношение на генетиката всичко е тъжно след Лисенкойзма. Преди Лисенко съветската школа по генетика беше една от най-добрите в света. Вавилов отиде при Морган (Томас Морган - един от основателите на генетиката, лауреат на Нобеловата награда - „Високите технологии“) и те общуват при равни условия. След Лисенко всичко бе унищожено по варварски начин. И оттогава не можем да се възстановим. Да, парите са много важни. Но също така е необходимо децата да отидат да учат, за да участват чуждестранни специалисти. И ако има училище, в Русия ще има геномно редактиране.
- Как това ще се повлияе от последните препоръки относно комуникацията между руски и чуждестранни учени - да се отчитат всички контакти, практически да се комуникира, както в Съветския съюз?
- Това е много страшно. Най-лошото, което може да се направи за руската наука и да я убие напълно, са тези препоръки. И разбирам, че това са само препоръки и не е нужно да се спазват. Но хората, знаете ли, се страхуват. И започват да ги изпълняват проактивно. Особено не учени, а бюрократи от науката. Те ще започнат да спират да общуват с чуждестранни учени. Знам историята, когато колегите учени от Германия за пореден път дойдоха на някаква конференция в Русия, а чуждестранните учени не идват често при нас и не бяха допуснати до събитието поради тези изисквания. Науката е международна и трябва да общувате и да общувате с колегите си колкото е възможно повече и тогава ще е добре. Осъждам категорично тези изисквания.
Лечение на глухота, опасни заболявания и доставка на лекарства
— руски генетик Денис Ребриковотивам наредактиране на генома на ембриони за двойки със слухови увреждания. Колко вероятно е успехът на такъв експеримент?
— Денис Владимирович взе предвид всички свои грешкикитайски колега. Той ще направи секвениране на целия геном. А самият експеримент ще се проведе в по-контролирана среда, а не в полуподземни условия, какъвто беше случаят с Jiankui. Мисля, че успехът по принцип от методическа гледна точка е възможен и се оказва, че всичко не е толкова страшно, особено когато се използват съвременни методи. И нивото на мутация може да е на фоновото ниво. Що се отнася до тези болни деца, да, това е моногенна мутация и то доминантна, тоест доста лесно се унищожава, което генетиците вече правят добре. И всъщност това е всичко, нищо не пречи на пътя по-нататък.
— Как това се вписва в руското законодателство?
- По отношение на законодателните аспекти, Ребриковпросто работи върху това. В този смисъл е много интересно да знаем какво се случва там. Много бих искал той да успее да пробие тази законодателна стена. Въпреки че неговият пример и болестта, която той избра, според мнението на много мои колеги и моите не са толкова уместни. Но полето се отваря огромно, така че нека бъде първото и покажете добър резултат. И по-нататък ще бъде възможно да се разшири "репертоарът".
- Какви други опасни заболявания могат да бъдат лекувани с CRISPR / Cas?
— Разбира се, кистозната фиброза е много сериозназаболяване. Възможно е да се използва генно редактиране при лечението на мускулна дистрофия на Дюшен, поне при някои пациенти, които имат мутация, повече или по-малко подходяща за това. Като цяло моногенните генетични заболявания са повече от 10 хиляди и тук въпросът е кой метод е по-удобен и прост за лечение. Например, спиналната мускулна атрофия не трябва да се лекува с редактиране, а просто с генна заместителна терапия.
Муковисцидоза- системно наследствено заболяване,причинена от мутация в гена за трансмембранния регулатор на кистозната фиброза и се характеризира с увреждане на екзокринните жлези и тежка дисфункция на дихателните органи. Кистозната фиброза е от особен интерес не само поради широкото си разпространение, но и защото е едно от първите наследствени заболявания, които трябва да бъдат лекувани. Кистозната фиброза за първи път е разпозната като отделна единица от Дороти Андерсен през 1938 г.
Миодистрофия на Дюшен- причинени от изтриване или дублиране на единили няколко екзона или точкови мутации в гена на дистрофина. Основната проява е мускулна слабост, затруднено движение от детството, което прогресира с времето. Смъртта обикновено настъпва през второто или третото десетилетие от живота. Средната му продължителност е 25 години, но има хора, които живеят по-дълго.
- Кога учените ще могат да направят това? Какъв е периодът от време?
- Вижте, животните вече се лекуват.Вярно е, че първо „осакатяват“, разбира се (т.е. правят модели на животни за изследване на болести), а след това лекуват. Но всичко това идва само в съзнателна клиника и по правило продължава от 5 до 15 години. И доколкото разбирам, тъй като това е напълно нов подход, първите клинични проучвания ще отнеме много време. Това означава, че ще трябва да чакаме 15-20 години. Тогава ще изглежда така: елате, веднага се диагностицирайте и лекувайте.
Дмитрий Мадера. Снимка: Science Bar Hopping
- Тоест, не става въпрос за редактиране на генома на ембрионите, а за лечение на възрастни?
— И двата подхода ще бъдат възможни.
- Да поговорим заредактиране на генибез двойно счупване. Защо учените не са го направили преди?
„Работата е там, че изобщо не е лесно.“Когато за първи път прочетох публикацията в Nature, си помислих: „О, как не се сетих за това?“ Шегата настрана, беше много работа, защото първоначално имаше подобна идея, но когато учените я опитаха, не успяха. След това те започнаха да променят обратната транскриптаза, като по същество я мутираха, за да я накарат да работи по различен начин. И вече на определена итерация започна да работи и започна да произвежда нещо подобно. Това беше процес, който изискваше много време и финансиране. Затова не съм изненадан, че е минало време между изобретяването просто на CRISPR/Cas и появата на метода, използващ обратна транскриптаза. Защото е нетривиално.
- Какви възможности се отварят благодарение на този нов метод?
- Възможностите са големи, защото сегаоказва се, че можем, с минимални рискове от поява на прицелни мутации, много конкретно да променим всеки ген, алел. Например, ако искаме да установим точкова мутация, създаваме изтриване или сложна подмяна. Това ни дава големи възможности, защото като цяло обикновено една или две мутации или делеции, които възникват, са малки и те могат да бъдат възстановени в рамките на 40-50 нуклеотида.
Всъщност имаше технологии малко по-рано -нуклеотидни редактори, които просто взеха и замениха например „A“ с „G“ или „C“ с „T“. Такива произведения бяха и все още се използват, но, разбира се, там всичко не е просто, защото се оказва, че те редактират не само ДНК, но и РНК, и не казват, че са много точни - не редактират точно един нуклеотид и целият "прозорец". Може би това впоследствие ще се превърне и в практическа употреба. Но засега има много проблеми. Спомних си този метод, защото той също не включва двустранни почивки. И възникна малко по-рано от тези скорошни проучвания.
— Инженери от MIT и Харвардския университетизползванаCRISPR за създаване на система за доставяне на лекарства, която ги освобождава само в определен момент. Как точно става това?
- Като говорим конкретно за този метод, тогава госъщността е, че ДНК е полимер, а Cas12a го разрязва, като по този начин унищожава полимерната структура. Ако ДНК е включена в хидрогела, тогава от него се освобождават вещества, които преди това са били фиксирани в хидрогела с нишки на ДНК. Тоест, тук ДНК действа просто като физически материал, който може да бъде разложен по контролиран начин. По принцип хидрогелите се използват при рани и други наранявания, когато е необходимо постепенно освобождаване на лекарства от тях.
По принцип CRISPR/Cas може да достави нещонеобходими за позиция в генома. Това е всичко, което може да направи. Но не може да достави лекарството в клетката. Така че не е съвсем правилно да се говори за използването му за доставка на лекарства.
Но да доставим CRISPR / Cas католекарства в клетката; необходими са методи за доставка. И те съществуват - могат да бъдат вирусни и невирусни. Разбира се, вирусите се развиват през цялата им история, за да доставят определен генетичен материал в клетката. Те се размножават така. А невирусните методи са просто химични методи, когато някои носители са създадени, съдържащи в себе си молекули нуклеинова киселина, а не непременно ДНК, между другото, това дори може да бъде РНК или протеин. Обикновено това са капчици мазнини, които предпазват това, което трябва да доставят от нуклеази и протеази, а антителата също могат да бъдат окачени върху тях, за да им се даде специфичност за определена клетка. И тези липофилни комплекси доставят лекарства в клетката. И има произведения, свързани със сложни полимери или златни наночастици, които подобно на оръдие, изгарящи клетки, те летят в тях и доставят съдържанието им, като геномно оръдие.
- Възможно ли е значително да се удължи живота на човек благодарение на редактирането на гени? Колко може да се направи това и какви заболявания трябва да бъдат излекувани по този начин?
- Сложен въпрос.Факт е, че има мутации, които при животните причиняват известно удължаване на живота, забавяне на стареенето. Те обикновено се свързват със системата за възстановяване на ДНК. В много отношения стареенето е следствие от натрупването на случайни грешки, които водят до активиране на ретровирусни елементи и в резултат на това геномът не се регулира и започва да работи срещу своя гостоприемник. Тук има момент, ние не знаем как ще работи при хората. За съжаление, и това беше голяма изненада, механизмите на стареене и защита срещу него са много специфични за вида. А за хората същите мишки се оказват не съвсем адекватен модел. И колкото по-адекватен е моделът и колкото по-дълго живее, толкова по-трудно се работи с него. Например същият SIRT6 - при дългоживеещите видове е един, а при краткоживеещите е различен, има ясна корелация. Изглежда, че вземете и вмъкнете SIRT6 от слон на човек. Или няколко копия на човешки SIRT6 (генът, кодиращ протеина сиртуин-6, помага за коригиране на увреждания на ДНК - двойни верижни прекъсвания и замествания в генетични нуклеотидни букви - Hi-Tech). Това може да работи, а може и да не работи. Има такава възможност и разбира се, че бих опитал. Но ако говорим за удължаване на живота, тогава най-вероятно трябва да редактираме гени, свързани с възстановяването на ДНК. Днес обаче за такъв организъм като човек това е само хипотеза.