Dmitry Madera - jefe del departamento de genética molecular de BIOCAD, profesor titular de SPUFU, Ph.D.
En 2002 se graduó de la Facultad de Biología de la Universidad Estatal de Moscú.especialización en genética. Defendió su tesis para obtener el título de Doctor en Filosofía en Biología en el programa para el estudio de la función y la expresión génica en la Universidad de Massachusetts, después de lo cual trabajó en los Institutos Nacionales de Salud, estudiando los aspectos moleculares del desarrollo del cáncer y las formas de influir en ellos. En 2015, dirigió el laboratorio de genética molecular en BIOCAD y ha estado desarrollando productos de terapia génica desde entonces. El autor de una patente internacional que describe una nueva nucleasa de la familia Cas9 y artículos en el campo del desarrollo del cáncer.
El experimento de Jiankui, riesgo oncológico en niñas nacidas y mutaciones objetivo
— ¿Qué opinas del experimento del biofísico chino He Jiankui, que editó el genoma de dos embriones? Expertosreclamarque las chicas nacidas pueden tener mutaciones. ¿Cómo evitar esto?— Habiendo estudiado la fuente original (investigación del MIT —"High-tech") y el comentario del genetista Fyodor Urnov, me di cuenta de que los medios están distorsionando un poco la información. Sí, las niñas tienen más probabilidades de tener mutaciones. Esto se refiere a aquellas mutaciones que no se sabe exactamente dónde ocurrirán. Y ahora es difícil establecer exactamente dónde surgieron mutaciones aleatorias como resultado de la influencia de CRISPR/Cas9. Para ello, es necesario hacer una comparación con los padres de las niñas.
Formalmente, esta es la afirmación correcta:De hecho, pueden existir mutaciones específicas. Y no hay nada que puedas hacer al respecto. Y los métodos modernos de edición de genes no lo impiden. En realidad, este es el problema, porque puede ser peligroso.
A finales de 2018, el científico chino He Jiankuianunció que pudo crear gemelas genéticamente modificadas con inmunidad innata al VIH. Dijo que editó los embriones de parejas sometidas a FIV, y uno de los siete intentos fue exitoso. El experimento desencadenó una nueva ola de discusiones sobre la ética de interferir con el código genético humano.
Sin embargo, Fedor Urnov, especialista en edición.El genoma de la Universidad de California, en una entrevista con MIT Technology Review, señaló: "La afirmación de que reprodujo el CCR5 prevaleciente es una tergiversación flagrante", y agregó que solo puede describirse como "tergiversación intencional".
Un nuevo estudio del MIT mostró que los científicos nopudimos reproducir la versión prevaleciente de CCR5. Aunque el equipo apuntó al gen correcto, los investigadores no copiaron la variación deseada del Delta 32, sino que crearon nuevas ediciones, cuyo efecto no está claro, aunque pueden causar mutaciones.
Afirmando que He Jiankui no pudo mutarel gen CCR5 (el gen que permite al VIH infectar células humanas - Hi-Tech) es incorrecto. De hecho, logró su objetivo y, de hecho, CCR5 sufrió una mutación y ya no funciona, lo que significa que el VIH no puede infectar las células. Sí, aparentemente no pudo reproducir un alelo natural específico que se encuentra en poblaciones humanas, pero, sin embargo, CCR5 está "inactivado" y no funciona, lo que significa que Jiankui ha logrado el objetivo mínimo.
Para evitar mutaciones fuera del objetivo,Es necesario mejorar los métodos para editar el genoma, para aumentar su precisión. Por lo tanto, en el futuro será posible reducir el riesgo de mutaciones al nivel de fondo y luego calmarse sobre el hecho de que las mutaciones ocurren naturalmente. Como dicen, no es necesario ser más santo que el Papa.
- Es decir, cuando estas chicas crezcan, no será realista entender exactamente qué mutaciones tuvieron como resultado de las acciones de Jiankui.
- Hablando específicamente sobre CCR5, entonces, por supuesto,es posible Y para todo el genoma, en principio, es posible ahora, si tomas el material genético de su padre y madre y lo comparas con el suyo. Entonces quedará claro qué opciones tienen los padres y cuáles están presentes en el genoma de las niñas, ni mamá ni papá tienen. Otra cosa es que será imposible descubrir qué mutaciones surgieron como resultado de CRISPR / Cas, y cuáles al azar. Solo puede comparar la frecuencia de estas mutaciones: cuántas mutaciones normales ocurren al nacer y cuántas de estas niñas las tienen. Si habrá un orden de magnitud más, entonces todo está claro.
La tecnología de edición del genoma CRISPR/Cas9 tiene el potencial de erradicar miles de enfermedades hereditarias que antes se consideraban incurables.
La principal diferencia entre una herramienta genéticaeditando CRISPR / Cas9 de otros métodos existentes lo suficientemente largos: esta es la posibilidad de cambios direccionales de ADN. CRISPR / Cas9 le permite influir específicamente en la secuencia de ADN e incluso cambiar el gen roto por el correcto. Para hacer esto, una enzima especial, la nucleasa, introduce una brecha en el lugar correcto en el genoma, después de lo cual se activa el sistema de reparación: los mecanismos internos de la célula para restaurar el genoma. En este caso, el ADN se repara en el sitio de la ruptura, como regla, con errores aleatorios, lo que es más probable que conduzca a la pérdida o inserción de varias letras en la secuencia y la aparición de mutaciones. Por lo tanto, ella busca como muestra la secuencia deseada en genomas vecinos. Según la tecnología, la célula debe encontrar esta secuencia en fragmentos especiales de ADN. Su genética se introdujo en la célula para tomarla e introducirla independientemente en sí misma. Sin embargo, las mutaciones aleatorias en el sitio de ruptura ocurren con mucha más frecuencia que la reparación dirigida a lo largo de la muestra.
Otra pregunta, Konstantin Severinov (rusoespecialista en el campo de la biología molecular y CRISPR/Cas - Hi-Tech) en un momento expresó una idea interesante de que si hubiera algo completamente terrible, las niñas simplemente no habrían sobrevivido ni siquiera en la etapa de embriogénesis. Lo más probable es que no se haya visto afectado nada fundamental de su genoma. Lo único que me asusta es la oncología. Realmente espero que no tengan enfermedades similares.
- por qué? ¿La oncología se vuelve más probable como resultado de la edición del genoma humano?
- Ciertamente. Echemos un vistazo a las causas del cáncer.Hay tres de ellos: mutaciones hereditarias, es decir, alelos especiales que conllevan la probabilidad de aumentar el riesgo de cáncer, como Angelina Jolie; causas virales: virus del papiloma humano, por ejemplo; y mutaciones aleatorias. Lo que temo es precisamente la aparición de mutaciones de este último tipo en las chicas del experimento chino, especialmente si allí hubo una alta frecuencia de mutaciones. Entonces la probabilidad de aparición de tumores de cualquier tipo es distinta de cero.
Dmitry Madera. Foto de : Science Bar Hopping
Cómo editar el genoma humano, los principales países y el destino de la genética rusa
- ¿Cuánto más fácil es realizar tales experimentos con animales?
— Editar el genoma de cada animal.Necesitas tu propio protocolo. Necesitas editar un ratón o una vaca usando diferentes protocolos. Y el hombre, como cualquier otro animal, necesita su desarrollo para poder editar su genoma de la forma más eficaz. Por tanto, no se puede decir que sea más difícil editar a una persona que a una vaca. Solo necesitas hacerlo de manera diferente que con un ratón o una rata. Pero los enfoques siguen siendo los mismos. No hay nada muy diferente en nosotros.
- Eso esel problema radica solo en el campo de la ética y las leyes? Y si se decidiera, ¿habría más experimentos?
- Sin duda.Y luego, en realidad, hay bastantes experimentos. Voy a conferencias y a menudo me encuentro con colegas. Por ejemplo, la Universidad de Oregón está llevando a cabo excelentes experimentos sobre la edición del genoma humano y el crecimiento de embriones. Posteriormente, simplemente se destruyen en una determinada fase temprana. Estos experimentos no están prohibidos. De hecho, la única limitación es la implantación de un embrión y su cultivo hasta el nacimiento.
- ¿Qué países son líderes en la investigación sobre la edición del genoma humano hoy?
— Ahora hay dos líderes así, entre ellos y todos.el resto son un absoluto abismo. Estos son Estados Unidos y China. Nadie está más cerca, están muy alejados del resto del mundo en su investigación.
- ¿Está relacionado con la financiación o la base científica?
- Con ambos.China está invirtiendo mucho dinero en investigación y su gobierno está muy preocupado por esto. Y si antes simplemente copiaban tecnología, ahora los científicos chinos están haciendo cosas interesantes. Y en Estados Unidos simplemente existe una base científica muy sólida. En realidad, ¿dónde se descubrieron todos estos CRISPR/Cas? La mayoría de los descubridores de este método, excepto Jennifer Doudna, son chinos, pero trabajan en Estados Unidos. Por lo tanto, hubo tal sinergia entre los dos países.
— ¿Qué impide a Rusia desarrollarse en este ámbito? Incluso el presidentedeclaradosobre la prioridad de la investigación en el campo de la genética.
- Diré esto, hoy ya hay financiacióninvestigación: se asigna mucho dinero. Pero, por supuesto, todo esto no se hace en una hora. Necesitamos una base científica y una escuela. En Rusia, en términos de genética, todo es triste después del lisenkoismo. Antes de Lysenko, la escuela soviética de genética era una de las mejores del mundo. Vavilov fue a Morgan (Thomas Morgan, uno de los fundadores de la genética, el premio Nobel - "High Tech"), y se comunicaron en igualdad de condiciones. Después de Lysenko, todo fue destruido de una manera bárbara. Y desde entonces no podemos recuperarnos. Sí, el dinero es muy importante. Pero también es necesario que los niños vayan a estudiar, para que participen especialistas extranjeros. Y si hay una escuela, habrá edición genómica en Rusia.
- ¿Cómo se verá influido por las recomendaciones recientes sobre comunicación entre científicos rusos y extranjeros - para informar todos los contactos, prácticamente para comunicarse, como en la Unión Soviética?
- Esto da mucho miedo. Lo peor que se puede hacer por la ciencia rusa y matarlo por completo son estas recomendaciones. Y entiendo que estas son solo recomendaciones, y no tienen que seguirse. Pero la gente, ya sabes, tiene miedo. Y comienzan a llevarlos a cabo de manera proactiva. Especialmente no científicos, sino burócratas de la ciencia. Comenzarán a dejar de comunicarse con científicos extranjeros. Conozco la historia cuando los esposos científicos de Alemania asistieron a alguna conferencia en Rusia durante algún tiempo, y los científicos extranjeros no suelen venir a nosotros, y no se les permitió participar en el evento debido a estos requisitos. La ciencia es internacional, y necesitas comunicarte e interactuar con tus colegas tanto como sea posible, y entonces será bueno. Condeno firmemente estos requisitos.
Tratamiento de la sordera, enfermedades peligrosas y administración de medicamentos.
— genetista ruso Denis Rebrikovyendo aEditar el genoma de embriones para parejas con discapacidad auditiva. ¿Qué posibilidades hay de éxito de tal experimento?
— Denis Vladimirovich tuvo en cuenta todos sus errorescolega chino. Va a secuenciar todo el genoma. Y el experimento en sí se llevará a cabo en un ambiente más controlado, no en condiciones semisubterráneas, como fue el caso de Jiankui. Creo que el éxito, en principio, desde un punto de vista metodológico, es posible, y resulta que no todo da tanto miedo, especialmente cuando se utilizan métodos modernos. Y el nivel de mutación puede estar en el nivel de fondo. En cuanto a estos niños enfermos, sí, se trata de una mutación monogénica, y es dominante, es decir, es bastante fácil destruirla, lo que los genetistas ya están haciendo bien. Y, de hecho, eso es todo, ya nada se interpone en el camino.
— ¿Cómo se adapta esto a la legislación rusa?
- En cuanto a los aspectos legislativos, RebrikovSimplemente funciona en esto. Y en este sentido, es muy interesante saber qué sucede allí. Realmente me gustaría que lograra romper este muro legislativo. Aunque su ejemplo y la enfermedad que eligió, en opinión de muchos de mis colegas y los míos, no son tan relevantes. Pero el campo se está abriendo enorme, así que deja que sea el primero y muestre un buen resultado. Y además será posible ampliar el "repertorio".
- ¿Qué otras enfermedades peligrosas se pueden tratar con CRISPR / Cas?
— Por supuesto, la fibrosis quística es una enfermedad muy grave.enfermedad. Es posible utilizar la edición genética en el tratamiento de la distrofia muscular de Duchenne, al menos en algunos pacientes que presentan una mutación más o menos adecuada para ello. En general, existen más de 10 mil enfermedades genéticas monogénicas, y aquí surge la pregunta de qué método es más cómodo y sencillo de tratar. Por ejemplo, la atrofia muscular espinal no debe tratarse con edición, sino simplemente con terapia de reemplazo genético.
Fibrosis quística- enfermedad hereditaria sistémica,causada por una mutación en el gen del regulador transmembrana de la fibrosis quística y caracterizada por daño a las glándulas exocrinas y disfunción grave de los órganos respiratorios. La fibrosis quística es de particular interés no sólo por su amplia prevalencia, sino también porque fue una de las primeras enfermedades hereditarias en tratarse. La fibrosis quística fue reconocida por primera vez como una entidad distinta por Dorothy Andersen en 1938.
Miodistrofia de Duchenne- causado por eliminaciones o duplicaciones de unoo varios exones o mutaciones puntuales en el gen de la distrofina. La principal manifestación es la debilidad muscular, dificultad para moverse desde la infancia, que progresa con el tiempo. La muerte suele ocurrir en la segunda o tercera década de la vida. Su duración media es de 25 años, pero hay personas que viven más.
- ¿Cuándo podrán los científicos hacer esto? ¿Cuál es el rango de tiempo?
- Mira, los animales ya están siendo tratados.Es cierto que primero “mutilan”, por supuesto (es decir, hacen animales modelo para estudiar enfermedades), y luego los tratan. Pero todo esto sólo llega en una clínica consciente y, por regla general, dura de 5 a 15 años. Y según tengo entendido, dado que se trata de un enfoque completamente nuevo, los primeros estudios clínicos llevarán mucho tiempo. Esto significa que tendremos que esperar entre 15 y 20 años. Entonces será así: venga, reciba un diagnóstico y tratamiento de inmediato.
Dmitry Madera. Foto: Science Bar Hopping
- Es decir, ¿no se trata de editar el genoma embrionario, sino del tratamiento de adultos?
— Ambos enfoques serán posibles.
- Vamos a hablar acerca deedición de genessin doble rotura. ¿Por qué los científicos no pudieron hacerlo antes?
"La cuestión es que no es nada fácil".Cuando leí por primera vez la publicación de Nature, pensé: "Oh, ¿cómo no se me ocurrió eso?" Bromas aparte, fue mucho trabajo, porque inicialmente existía una idea similar, pero cuando los científicos la intentaron, no tuvieron éxito. Luego comenzaron a cambiar la transcriptasa inversa, esencialmente mutándola para que funcione de manera diferente. Y ya en cierta iteración empezó a funcionar y empezó a producir algo así. Fue un proceso que requirió mucho tiempo y financiación. Por lo tanto, no me sorprende que haya pasado tiempo entre la invención de CRISPR/Cas y la aparición del método que utiliza la transcriptasa inversa. Porque no es trivial.
- ¿Qué oportunidades se están abriendo gracias a este nuevo método?
- Las oportunidades son geniales, porque ahoraResulta que podemos, con riesgos mínimos de aparición de mutaciones objetivo, muy específicamente cambiar cualquier gen, alelo. Por ejemplo, si queremos establecer una mutación puntual, crear una eliminación o un reemplazo complejo. Esto nos brinda grandes oportunidades, porque, en general, generalmente una o dos mutaciones o deleciones que surgen son pequeñas y se pueden restaurar dentro de 40-50 nucleótidos.
De hecho, había tecnologías un poco antes:editores de nucleótidos que simplemente tomaron y reemplazaron, por ejemplo, "A" con "G" o "C" con "T". Tales trabajos fueron y todavía se usan, pero, por supuesto, no todo es simple allí, porque resulta que editan no solo el ADN, sino también el ARN, y no dicen que son muy precisos, no están editando exactamente un nucleótido y toda la "ventana". Quizás esto también se convierta posteriormente en un uso práctico. Pero hasta ahora hay muchos problemas. Recordé este método porque tampoco involucra descansos bicatenarios. Y surgió un poco antes que estos estudios recientes.
— Ingenieros del MIT y las universidades de HarvardusadoCRISPR para crear un sistema de administración de medicamentos que los libere solo en un momento específico. ¿Cómo sucede esto exactamente?
- Hablando específicamente sobre este método, entoncesLa esencia es que el ADN es un polímero, y Cas12a lo corta, destruyendo así la estructura del polímero. Si el ADN se incorpora al hidrogel, entonces las sustancias que se fijaron previamente en el hidrogel con hebras de ADN se liberan de él. Es decir, aquí el ADN actúa simplemente como material físico que puede descomponerse de manera controlada. En general, los hidrogeles se usan en heridas y otras lesiones cuando es necesaria una liberación gradual de drogas de ellos.
En principio, CRISPR/Cas podría ofrecer algonecesario para una posición en el genoma. Eso es todo lo que puede hacer. Pero no puede administrar el medicamento al interior de la célula. Por tanto, no es del todo correcto hablar de su uso para la administración de fármacos.
Pero para entregar CRISPR / Cas comodrogas en la célula; se necesitan métodos de entrega. Y existen: pueden ser virales y no virales. Los virus, por supuesto, han evolucionado a lo largo de su historia para entregar cierto material genético a la célula. Se multiplican así. Y los métodos no virales son simplemente métodos químicos, cuando se crean algunos portadores que contienen dentro de sí moléculas de ácido nucleico, no necesariamente ADN, por cierto, incluso puede ser ARN o proteína. Por lo general, son algunas gotas de grasa que protegen lo que necesitan para liberar de las nucleasas y proteasas, y los anticuerpos también se pueden colocar en ellas para darles especificidad para una célula en particular. Y estos complejos lipofílicos entregan medicamentos a la célula. Y hay trabajos relacionados con polímeros complejos o nanopartículas de oro, que, como un cañón, queman células, vuelan hacia ellos y entregan su contenido, como un cañón genómico.
- ¿Es posible extender significativamente la vida de una persona gracias a la edición de genes? ¿Cuánto se puede hacer y qué enfermedades deben curarse de esta manera?
- Problema complejo.El caso es que existen mutaciones que en los animales provocan una cierta prolongación de la vida, una ralentización del envejecimiento. Suelen estar asociados con el sistema de reparación del ADN. En muchos sentidos, el envejecimiento es consecuencia de la acumulación de errores aleatorios que conducen a la activación de elementos retrovirales y, como resultado, el genoma no está regulado y comienza a actuar contra su huésped. Hay un punto aquí: no sabemos cómo funcionará en las personas. Desafortunadamente, y esto fue una gran sorpresa, los mecanismos de envejecimiento y protección contra el envejecimiento son muy específicos de cada especie. Y para los humanos, esos mismos ratones resultan no ser un modelo del todo adecuado. Y cuanto más adecuado sea el modelo y cuanto más dure, más difícil será trabajar con él. Por ejemplo, el mismo SIRT6: en especies de vida larga es uno, y en especies de vida corta es diferente, existe una correlación clara. Parecía que tomar e insertar SIRT6 de un elefante a una persona. O varias copias de SIRT6 humano (el gen que codifica la proteína sirtuina-6 ayuda a corregir el daño del ADN: roturas de doble cadena y sustituciones en letras de nucleótidos genéticos: alta tecnología). Esto puede funcionar o puede que no. Existe esa posibilidad y, por supuesto, lo intentaría. Pero si hablamos de prolongar la vida, lo más probable es que necesitemos editar genes asociados con la reparación del ADN. Hoy, sin embargo, para un organismo como el hombre, esto es sólo una hipótesis.