Dmitry Madera - chef du département de génétique moléculaire à BIOCAD, maître de conférences à SPUFU, Ph.D.
En 2002, il est diplômé de la Faculté de biologie de l'Université d'État de Moscouavec spécialisation en génétique. Il a soutenu sa thèse pour le diplôme de docteur en philosophie en biologie sur le programme d'étude de la fonction et de l'expression des gènes à l'Université du Massachusetts, après quoi il a travaillé aux National Institutes of Health, étudiant les aspects moléculaires du développement du cancer et comment les influencer. En 2015, il a dirigé le laboratoire de génétique moléculaire de BIOCAD et s'est depuis engagé dans le développement de produits de thérapie génique. L'auteur d'un brevet international décrivant une nouvelle nucléase de la famille Cas9 et des articles dans le domaine du développement du cancer.
He Jiankui experiment, oncology risk in girls born and target mutations
— Que pensez-vous de l'expérience du biophysicien chinois He Jiankui, qui a édité le génome de deux embryons ? Expertsréclamerque les filles nées pourraient avoir des mutations. Comment éviter cela?— Après avoir étudié la source originale (recherche du MIT —"High-tech") et le commentaire du généticien Fiodor Urnov, j'ai réalisé que les médias déforment un peu l'information. Oui, les filles sont plus susceptibles d’avoir des mutations. Il s’agit de mutations dont on ne sait pas exactement où elles se produiront. Et maintenant, il est difficile d’établir exactement où les mutations aléatoires sont apparues sous l’influence de CRISPR/Cas9. Pour ce faire, il faut faire une comparaison avec les parents des filles.
Formellement, c'est la déclaration correcte :Des mutations oftarget peuvent en effet exister. Et vous ne pouvez rien y faire. Et les méthodes modernes d’édition génétique n’empêchent pas cela. C’est effectivement là le problème, car cela peut être dangereux.
Fin 2018, le scientifique chinois He Jiankuia annoncé qu'il était capable de créer des jumelles génétiquement modifiées avec une immunité innée au VIH. Il a dit qu'il avait édité les embryons de couples subissant une FIV, et l'une des sept tentatives a réussi. L'expérience a déclenché une nouvelle vague de discussions sur l'éthique de l'interférence avec le code génétique humain.
Cependant, Fedor Urnov, spécialiste du montageLe génome de l'Université de Californie, dans une interview accordée au MIT Technology Review, a noté: «L'allégation selon laquelle il reproduit le CCR5 dominant est une fausse déclaration flagrante», et a ajouté qu'il ne peut être décrit que comme une «fausse déclaration intentionnelle».
Une nouvelle étude du MIT a montré que les scientifiques neont pu reproduire la version dominante de CCR5. Bien que l'équipe ait ciblé le bon gène, les chercheurs n'ont pas copié la variation souhaitée du Delta 32, mais ont plutôt créé de nouvelles éditions, dont l'effet n'est pas clair - alors qu'elles peuvent provoquer des mutations.
Affirmer que He Jiankui était incapable de muterle gène CCR5 (le gène qui permet au VIH d'infecter les cellules humaines - Hi-Tech) est incorrect. Il a effectivement atteint son objectif, et CCR5 a bel et bien été muté et ne fonctionne plus, ce qui signifie que le VIH ne peut pas infecter les cellules. Oui, il n'a apparemment pas été en mesure de reproduire un allèle naturel spécifique trouvé dans les populations humaines, mais néanmoins, CCR5 est "assommé" et ne fonctionne pas, ce qui signifie que Jiankui a atteint l'objectif minimum.
Pour éviter les mutations hors cible,il est nécessaire d'améliorer les méthodes d'édition du génome, d'augmenter leur précision. Ainsi, à l'avenir, il sera possible de réduire le risque de mutations au niveau de fond, puis de se calmer sur le fait que les mutations se produisent naturellement. Comme on dit, il n'est pas nécessaire d'être plus saint que le pape.
- Autrement dit, lorsque ces filles grandiront, il sera irréaliste de comprendre exactement quelles mutations elles ont eues à la suite des actions de Jiankui?
- En parlant spécifiquement de CCR5, alors, bien sûr,c'est possible. Et pour tout le génome - en principe, il est possible maintenant, si vous prenez le matériel génétique de leur père et de leur mère et le comparez avec le leur. Ensuite, il deviendra clair quelles options les parents ont, et lesquelles de celles qui sont présentes dans le génome des filles, ni maman ni papa n'ont. Une autre chose est qu'il sera impossible de savoir quelles mutations sont survenues à la suite de CRISPR / Cas et lesquelles au hasard. Vous ne pouvez comparer que la fréquence de ces mutations: combien de mutations normales se produisent à la naissance et combien de ces filles en ont. S'il y aura un ordre de grandeur de plus, alors tout est clair.
La technologie d’édition du génome CRISPR/Cas9 a le potentiel d’éradiquer des milliers de maladies héréditaires qui étaient auparavant considérées comme incurables.
La principale différence entre un outil génétiqueéditer CRISPR / Cas9 à partir d'autres méthodes existantes suffisamment longues - c'est la possibilité de changements directionnels de l'ADN. CRISPR / Cas9 vous permet d'influencer spécifiquement la séquence d'ADN et même de changer le gène cassé en le bon. Pour ce faire, une enzyme spéciale, la nucléase, introduit une lacune au bon endroit dans le génome, après quoi le système de réparation est activé - les mécanismes internes de la cellule pour restaurer le génome. Dans ce cas, l'ADN est réparé sur le site de la rupture, en règle générale, avec des erreurs aléatoires, ce qui est le plus susceptible d'entraîner la perte ou l'insertion de plusieurs lettres dans la séquence et l'apparition de mutations. Par conséquent, elle recherche comme échantillon la séquence souhaitée dans les génomes voisins. Selon la technologie, la cellule doit trouver cette séquence dans des fragments d'ADN spéciaux. Leur génétique s'introduit dans la cellule pour la prendre et l'introduire indépendamment en elle-même. Cependant, des mutations aléatoires au site de rupture se produisent beaucoup plus souvent que la réparation dirigée le long de l'échantillon.
Une autre question, Konstantin Severinov (russeun spécialiste dans le domaine de la biologie moléculaire et de CRISPR/Cas - Hi-Tech) a exprimé à un moment donné une idée intéressante selon laquelle s'il y avait là quelque chose de complètement terrible, les filles n'auraient tout simplement pas survécu même au stade de l'embryogenèse. Très probablement, rien de fondamental dans leur génome n’a été affecté. La seule chose qui me fait peur, c'est l'oncologie. J'espère vraiment qu'ils n'auront pas des maladies similaires.
- Pourquoi? L'oncologie devient-elle plus probable à la suite de l'édition du génome humain?
- Certainement. Jetons un coup d'œil aux causes du cancer.Il y en a trois : les mutations héréditaires, c'est-à-dire des allèles spéciaux susceptibles d'augmenter le risque de cancer, comme Angelina Jolie ; causes virales - virus du papillome humain, par exemple ; et des mutations aléatoires. C'est précisément l'apparition de mutations de ce dernier type chez les filles de l'expérience chinoise que je crains, surtout s'il y avait là une fréquence élevée de mutations. La probabilité d’apparition de tumeurs de tout type est alors différente de zéro.
Dmitri Madera. Photo de : Science Bar Hopping
Comment modifier le génome humain, les principaux pays et le sort de la génétique russe
- Est-il beaucoup plus facile de mener de telles expériences avec des animaux?
— Pour éditer le génome de chaque animalvous avez besoin de votre propre protocole. Vous devez éditer une souris ou une vache en utilisant différents protocoles. Et l’homme, comme tout autre animal, a besoin de son développement pour pouvoir éditer son génome le plus efficacement possible. Par conséquent, on ne peut pas dire qu'il soit plus difficile d'éditer une personne qu'une vache. Vous devez simplement le faire différemment qu'avec une souris ou un rat. Mais les approches restent les mêmes. Il n’y a rien de très différent chez nous.
- C'estle problème ne réside que dans le domaine de l'éthique et des lois? Et si c'était décidé, y aurait-il plus d'expériences?
- Sans aucun doute.Et puis, il y a effectivement pas mal d’expérimentations. Je vais à des conférences et je rencontre souvent des collègues. Par exemple, l’Université de l’Oregon mène d’excellentes expériences sur la modification du génome humain et la croissance d’embryons. Ils sont simplement détruits ultérieurement, à un stade précoce et déterminé. De telles expériences ne sont pas interdites. En fait, la seule limite est l’implantation d’un embryon et sa culture jusqu’à la naissance.
- Quels pays sont aujourd'hui leaders dans la recherche sur l'édition du génome humain?
— Il y a deux de ces dirigeants maintenant, entre eux et tout le mondele reste est un abîme absolu. Ce sont les États-Unis et la Chine. Personne n’en est encore plus proche, tant ils sont éloignés du reste du monde dans leurs recherches.
- Est-ce lié au financement ou à la base scientifique?
- Avec les deux.La Chine investit beaucoup d’argent dans la recherche, ce qui inquiète beaucoup son gouvernement. Et si auparavant ils copiaient simplement la technologie, les scientifiques chinois font désormais des choses intéressantes. Et aux États-Unis, il existe tout simplement une base scientifique très solide. En fait, où ont été découverts tous ces CRISPR/Cas ? La plupart des découvreurs de cette méthode, à l'exception de Jennifer Doudna, sont chinois, mais ils travaillent aux USA. Il y avait donc une telle synergie entre les deux pays.
— Qu'est-ce qui empêche la Russie de se développer dans ce domaine ? Même le présidentdéclarésur la priorité de la recherche dans le sens de la génétique.
- Je dirai ceci, aujourd'hui il y a déjà du financementrecherche - beaucoup d'argent est alloué. Mais, bien sûr, tout cela ne se fait pas en une heure. Nous avons besoin d'une base scientifique et d'une école. En Russie, en termes de génétique, tout est triste après le lysenkoisme. Avant Lyssenko, l'école soviétique de génétique était l'une des meilleures au monde. Vavilov est allé à Morgan (Thomas Morgan - l'un des fondateurs de la génétique, lauréat du prix Nobel - High Tech), et ils ont communiqué sur un pied d'égalité. Après Lyssenko, tout a été détruit de manière barbare. Et depuis lors, nous ne pouvons pas récupérer. Oui, l'argent est très important. Mais il faut aussi que les enfants aillent étudier, pour que des spécialistes étrangers soient impliqués. Et s'il y a une école, il y aura une édition génomique en Russie.
- Comment cela sera-t-il influencé par les recommandations récentes concernant la communication entre les scientifiques russes et étrangers - de signaler tous les contacts, de communiquer pratiquement, comme en Union soviétique?
- C'est très effrayant. La pire chose qui puisse être faite pour la science russe et la tuer complètement, ce sont ces recommandations. Et je comprends que ce ne sont que des recommandations, et elles ne doivent pas être suivies. Mais les gens, vous savez, ont peur. Et ils commencent à les exécuter de manière proactive. Surtout pas des scientifiques, mais des bureaucrates de la science. Ils commenceront à cesser de communiquer avec les scientifiques étrangers. Je connais l'histoire lorsque des conjoints scientifiques d'Allemagne sont venus à une conférence en Russie pendant un certain temps, et que des scientifiques étrangers ne viennent pas souvent chez nous, et ils n'ont pas été autorisés à participer à l'événement en raison de ces exigences. La science est internationale, et vous devez communiquer et interagir avec vos collègues autant que possible, et ce sera bien. Je condamne fermement ces exigences.
Traitement de la surdité, des maladies dangereuses et de l'administration de médicaments
— Le généticien russe Denis Rebrikovvamodifier le génome des embryons pour les couples malentendants. Quelle est la probabilité de succès d’une telle expérience ?
— Denis Vladimirovitch a pris en compte toutes ses erreursCollègue chinois. Il va faire le séquençage du génome entier. Et l’expérience elle-même se déroulera dans un environnement plus contrôlé, et non dans des conditions semi-souterraines, comme ce fut le cas avec Jiankui. Je pense que le succès, en principe, d'un point de vue méthodologique, est possible, et il s'avère que tout n'est pas si effrayant, surtout lorsqu'on utilise des méthodes modernes. Et le niveau de mutation peut être au niveau de fond. Quant à ces enfants malades, oui, il s'agit d'une mutation monogénique, et elle est dominante, c'est-à-dire qu'il est assez facile de la détruire, ce que font déjà bien les généticiens. Et en fait, c’est tout, plus rien ne s’y oppose.
— Comment cela s'intègre-t-il dans la législation russe ?
- Concernant les aspects législatifs, Rebrikovça marche juste là-dessus. Et en ce sens, c'est très intéressant de savoir ce qui s'y passe. J'aimerais vraiment qu'il réussisse à franchir ce mur législatif. Bien que son exemple et la maladie qu'il a choisie, de l'avis de beaucoup de mes collègues et du mien, ne soient pas aussi pertinents. Mais le champ s'ouvre énormément, alors soyez le premier et montrez un bon résultat. Et plus loin, il sera possible d'élargir le "répertoire".
- Quelles autres maladies dangereuses peuvent être traitées avec CRISPR / Cas?
— Bien sûr, la mucoviscidose est une maladie très gravemaladie. Il est possible d’utiliser l’édition génétique dans le traitement de la dystrophie musculaire de Duchenne, du moins chez certains patients présentant une mutation plus ou moins adaptée à cela. En général, il existe plus de 10 000 maladies génétiques monogéniques. Et ici, la question est de savoir quelle méthode de traitement est la plus pratique et la plus simple. Par exemple, l’amyotrophie spinale ne doit pas être traitée par édition, mais simplement par thérapie génique de remplacement.
Fibrose kystique — системное наследственное заболевание, обусловленное мутацией гена трансмембранного регулятора муковисцидоза и характеризующееся поражением желез внешней секреции, тяжелыми нарушениями функций органов дыхания. Муковисцидоз представляет особый интерес не только из-за широкой распространенности, но и потому, что это одно из первых наследственных заболеваний, которое пытались лечить. Впервые муковисцидоз был признан отдельной нозологией Дороти Андерсен в 1938 году.
Myodystrophie de Duchenne — вызывается делециями или дупликациями одного или нескольких экзонов либо точечными мутациями в гене дистрофина. Основное проявление — слабость мышц, затруднения при движениях с детского возраста, которые прогрессируют с течением времени. Смерть обычно наступает на втором-третьем десятилетии жизни. Средняя ее продолжительность составляет 25 лет, однако есть люди, которые живут дольше.
- Quand les scientifiques pourront-ils faire cela? Quelle est la plage de temps?
— Смотрите, сейчас животных уже лечат. Правда, сначала «калечат», конечно (то есть делают модельных животных для изучения заболеваний), а потом лечат. Но всё это только выходит на осознанную клинику, а она, как правило, длится от 5 до 15 лет. И я так понимаю, поскольку это совершенно новый подход, то первые клинические исследования будут длиться очень долго. А значит, лет 15–20 придется подождать. Тогда это будет выглядеть уже следующим образом — приходите, диагностируют и сразу же лечат.
Dmitry Madera. Photo: saut de barre scientifique
- Autrement dit, il ne s'agit pas de modifier le génome des embryons, mais de traiter les adultes?
— Оба подхода будут возможны.
— Поговорим о édition de gènes без двойного разрыва. Почему до этого ученые не могли его сделать?
— Дело в том, что это совсем нелегко. Когда я сначала прочитал публикацию в Nature, то подумал: «Эх, как же я до этого не додумался». Кроме шуток, это была большая работа, потому что изначально подобная идея присутствовала, но когда ученые ее опробовали, у них ничего не получилось. Потом они начали изменять обратную транскриптазу, фактически ее мутировать, чтобы она работала по-другому. И уже на определенной итерации она заработала и стала что-то такое продуцировать. Это был процесс, который требовал много времени и финансирования. Поэтому я не удивлен, что с момента изобретения просто CRISPR/Cas и до момента появления метода с использованием обратной транскриптазы прошло время. Потому что это нетривиально.
- Quelles opportunités s'ouvrent grâce à cette nouvelle méthode?
- Les opportunités sont grandes, car maintenantil s'avère que nous pouvons, avec des risques minimes d'occurrence de mutations décalées, changer très spécifiquement n'importe quel gène, allèle. Par exemple, si nous voulons établir une mutation ponctuelle, créez une suppression ou un remplacement complexe. Cela nous donne de grandes opportunités, car, dans l'ensemble, généralement une ou deux mutations ou suppressions qui surviennent sont petites et peuvent être restaurées dans les 40 à 50 nucléotides.
En fait, il y avait des technologies un peu plus tôt -des éditeurs de nucléotides qui ont simplement pris et remplacé, par exemple, «A» par «G» ou «C» par «T». De tels travaux étaient et sont toujours utilisés, mais, bien sûr, tout n'est pas simple là-bas, car il s'avère qu'ils éditent non seulement l'ADN, mais aussi l'ARN, et ils ne disent pas qu'ils sont très précis - ils n'éditent pas exactement un nucléotide et toute la "fenêtre". Peut-être que cela deviendra également ultérieurement une utilisation pratique. Mais jusqu'à présent, il existe de nombreux problèmes. Je me suis souvenu de cette méthode car elle n'implique pas non plus de ruptures double brin. Et elle est née un peu plus tôt que ces études récentes.
— Инженеры из Массачусетского технологического и Гарвардского университетов utilisé CRISPR для создания системы доставки лекарств, которая высвобождает их только в определенный момент. Как именно это происходит?
- En parlant spécifiquement de cette méthode, alorsl'essentiel est que l'ADN est un polymère, et Cas12a le coupe, détruisant ainsi la structure du polymère. Si l'ADN est incorporé dans l'hydrogel, les substances qui étaient auparavant fixées dans l'hydrogel avec des brins d'ADN en sont ensuite libérées. Autrement dit, l'ADN agit simplement comme un matériau physique qui peut être décomposé de manière contrôlée. En général, les hydrogels sont utilisés sur les plaies et autres blessures lorsqu'une libération progressive de médicaments est nécessaire.
В принципе, CRISPR/Cas может доставлять что-то необходимое к позиции в геноме. Это все, что он может делать. А доставить лекарство в клетку — не может. Так что не совсем корректно говорить о его использовании для доставки лекарств.
Mais pour livrer CRISPR / Cas commemédicaments dans la cellule; des méthodes d'administration sont nécessaires. Et ils existent - ils peuvent être viraux et non viraux. Bien entendu, les virus ont évolué tout au long de leur histoire afin de transmettre certains éléments génétiques à la cellule. Ils se multiplient ainsi. Et les méthodes non virales ne sont que des méthodes chimiques, lorsque certains supports sont créés contenant à l'intérieur d'eux-mêmes des molécules d'acide nucléique, pas nécessairement de l'ADN, d'ailleurs, il peut même s'agir d'ARN ou de protéines. Habituellement, ce sont des gouttelettes de graisse qui protègent ce dont elles ont besoin pour se délivrer des nucléases et des protéases, et des anticorps peuvent également être accrochés dessus pour leur donner une spécificité pour une cellule particulière. Et ces complexes lipophiles délivrent des médicaments à la cellule. Et il y a des travaux liés aux polymères complexes ou aux nanoparticules d'or, qui, comme un canon, brûlent les cellules, ils y volent et livrent leur contenu, comme un canon génomique.
- Est-il possible de prolonger considérablement la vie d'une personne grâce à l'édition de gènes? Combien cela peut-il être fait et quelles maladies doivent être guéries de cette façon?
— Сложный вопрос. Дело в том, что есть мутации, которые на животных вызывают некое продление жизни, замедление старения. Обычно они связаны с системой репарации ДНК. Во многом старение — это следствие накопления случайных ошибок, которые приводят к активации ретровирусных элементов, и в результате геном не регулируется и начинает работать против своего хозяина. Тут такой момент, мы не знаем, как это будет работать на людях. К сожалению, и это стало большим сюрпризом, механизмы старения и защиты от него — очень видоспецифичны. И для человека те же мыши оказываются не совсем адекватной моделью. А чем адекватнее модель и чем дольше она живет, тем сложнее с ней работать. Например, тот же SIRT6 — у долгоживущих видов он один, а короткоживущих видов — другой, есть четкая корреляция. Казалось, возьми да вставь SIRT6 от слона к человеку. Или несколько копий человеческого SIRT6 (ген, кодирующий белок сиртуин-6, помогает исправлять повреждения в ДНК — двойные разрывы в цепях и замены в генетических буквах-нуклеотидах — «Хайтек»). Это может сработать, а может и нет. Вероятность такая есть, и я, конечно, попробовал бы. Но если и говорить о продлении жизни, то, вероятнее всего, нужно редактировать гены, связанные с репарацией ДНК. Сегодня, впрочем, для такого организма, как человек, это лишь гипотеза.