Dmitry Madera - a BIOCAD molekuláris genetikai osztályának vezetője, a SPUFU vezető oktatója, Ph.D.
2002-ben végzett a Moszkvai Állami Egyetem Biológiai Karána genetika szakán. Biológiai filozófia doktori fokozattal védte a Massachusettsi Egyetemen a funkció és gén expresszió tanulmányozására szolgáló programot, ezt követően a Nemzeti Egészségügyi Intézetben dolgozott, tanulmányozva a rák kialakulásának molekuláris aspektusait és azok befolyásolását. 2015-ben a BIOCAD molekuláris genetikai laboratóriumát vezette, és azóta génterápiás termékek fejlesztésével foglalkozik. A Cas9 család új nukleázát és a rákfejlesztésről szóló cikkeket leíró nemzetközi szabadalom szerzője.
Jiankui kísérlete: onkológiai kockázat a született lányoknál és célzott mutációk
— Mi a véleménye He Jiankui kínai biofizikus kísérletéről, aki két embrió genomját szerkesztette? Szakértőkköveteléshogy a született lányoknak mutációk lehetnek. Hogyan lehet ezt elkerülni?- Az eredeti forrás tanulmányozása után (MIT kutatás -"High-tech") és Fjodor Urnov genetikus kommentárja alapján rájöttem, hogy a média egy kicsit torzítja az információkat. Igen, a lányoknak nagyobb a valószínűsége a mutációknak. Ez azokra a mutációkra vonatkozik, amelyekről nem tudni, hogy pontosan hol fognak bekövetkezni. És most nehéz pontosan megállapítani, hogy a véletlenszerű mutációk hol keletkeztek a CRISPR/Cas9 hatására. Ehhez összehasonlítást kell végezni a lányok szüleivel.
Formálisan ez a helyes állítás:A célponton kívüli mutációk valóban létezhetnek. És ez ellen nem tudsz mit tenni. A modern génszerkesztési módszerek pedig ezt nem akadályozzák meg. Valójában ez a probléma, mert veszélyes lehet.
2018 végén, He Jiankui kínai tudósbejelentette, hogy képes létrehozni géntechnológiával módosított ikerlányokat, amelyek veleszületett immunitással rendelkeznek a HIV ellen. Azt mondta, hogy szerkesztette az IVF-ben átesett párok embrióit, és a hét kísérlet egyike sikeres volt. A kísérlet újfajta vitát váltott ki az emberi genetikai kód beavatkozásának etikájáról.
Fedor Urnov, szerkesztő szakemberA Kaliforniai Egyetem genomja a MIT Technology Review interjújában megjegyezte: „Az az állítás, hogy reprodukálta az uralkodó CCR5-t, nyilvánvalóan hamis nyilatkozat”, és hozzátette, hogy csak „szándékos félrevezetés” -ként írható le.
Az MIT új tanulmánya azt mutatta, hogy a tudósok nemképesek voltak reprodukálni a CCR5 uralkodó verzióját. Bár a csapat a helyes génre irányult, a kutatók nem másolták a Delta 32 kívánt variációját, hanem új kiadásokat készítettek, amelyek hatása nem egyértelmű - bár mutációkat okozhatnak.
Azt állította, hogy He Jiankui nem tudott mutálódnia CCR5 gén (az a gén, amely lehetővé teszi, hogy a HIV megfertőzze az emberi sejteket – Hi-Tech) hibás. Valójában elérte a célját, és a CCR5 valóban mutálódott, és már nem működik, vagyis a HIV nem képes megfertőzni a sejteket. Igen, láthatóan képtelen volt reprodukálni az emberi populációkban megtalálható specifikus természetes allélt, de ennek ellenére a CCR5 „kiütött” és nem működik, ami azt jelenti, hogy Jiankui elérte a minimális célt.
A célzott mutációk megelőzése érdekébenjavítani kell a genom szerkesztésének módszereit, hogy növeljük azok pontosságát. Így a jövőben lehetséges lesz a mutációk kockázatának a háttér szintjére csökkentése, majd megnyugodni az a tény, hogy a mutációk természetesen előfordulnak. Mint mondják, nem szükséges, hogy leleplesebb legyen a pápa.
- Vagyis amikor ezek a lányok felnőnek, irreális lesz pontosan megérteni, hogy milyen mutációk voltak Jiankui cselekedetei eredményeként?
- Ha konkrétan a CCR5-ről beszélünk, akkor természetesenez lehetséges. És a teljes genom számára - elvben most már lehetséges, ha az apjuk és az anyuk genetikai anyagát vesszük össze, és összehasonlítjuk a sajátjukkal. Ezután világossá válik, hogy a szülők milyen lehetőségekkel rendelkeznek, és melyikük van a lányok genomjában, és sem anyának, sem apának nincs. A másik dolog az, hogy lehetetlen lesz megtudni, mely mutációk merültek fel a CRISPR / Cas eredményeként, és melyek véletlenszerűen. Csak összehasonlíthatja ezeknek a mutációknak a gyakoriságát: hány normál mutáció fordul elő születéskor és hány lányuk rendelkezik ezekkel. Ha több nagyságrend lesz, akkor minden világos.
A CRISPR/Cas9 genomszerkesztési technológiával több ezer, korábban gyógyíthatatlannak tartott örökletes betegség felszámolható.
A fő különbség a génszerszám közötta CRISPR / Cas9 szerkesztése más, elég hosszú létező módszerekből - ez a DNS irányú változásának lehetősége. A CRISPR / Cas9 lehetővé teszi, hogy kifejezetten befolyásolja a DNS-szekvenciát, és még a megtört gént is helyettesítse. Ehhez egy speciális enzim, a nukleáz, rést vezet a genom megfelelő helyén, amelyet követően aktiválódik a javító rendszer - a sejt belső mechanizmusai a genom helyreállításához. Ebben az esetben a DNS-t a törés helyén javítják, általában véletlenszerű hibákkal, ami valószínűleg több betű elvesztéséhez vagy beillesztéséhez vezet a szekvenciához, és a mutációk megjelenéséhez. Ezért mintát keres a szomszédos genomokban a kívánt szekvenciára. A technológia szerint a sejtnek meg kell találnia ezt a szekvenciát speciális DNS-fragmensekben. A genetikájuk bekerült a sejtekbe annak érdekében, hogy bevegyék és önmagukban bemutassák a magukba. A véletlenszerű mutációk azonban a törés helyén sokkal gyakrabban fordulnak elő, mint a minta mentén történő irányított helyreállítás.
Egy másik kérdés, Konstantin Severinov (orosza molekuláris biológia és a CRISPR/Cas - Hi-Tech szakembere egy időben egy érdekes gondolatot fogalmazott meg, hogy ha valami teljesen szörnyű lenne, a lányok egyszerűen nem élték volna túl még az embriogenezis szakaszában sem. Valószínűleg semmi alapvető nem érintett a genomjukban. Az egyetlen dolog, amitől félek, az az onkológia. Nagyon remélem, hogy nem lesz hasonló betegségük.
- Miért? Valószínűbb-e az onkológia az emberi genom szerkesztésének eredményeként?
- Természetesen. Vessünk egy pillantást a rák okaira.Három van belőlük: örökletes mutációk, vagyis olyan speciális allélek, amelyek a rák kockázatának növelésének valószínűségét hordozzák, mint például Angelina Jolie; vírusos okok - például humán papillomavírus; és véletlenszerű mutációk. Pontosan az utóbbi típusú mutációk előfordulásától tartok a kínai kísérletből származó lányoknál, különösen, ha ott nagy a mutációk gyakorisága. Ekkor a bármilyen típusú daganat előfordulásának valószínűsége nullától eltérő.
Dmitrij Madera. Fotó: Science Bar Hopping
Hogyan lehet szerkeszteni az emberi genomot, a vezető országokat és az orosz genetika sorsát?
- Mennyire könnyebb ilyen kísérleteket végezni állatokkal?
— Minden állat genomjának szerkesztésesaját protokollra van szüksége. Egeret vagy tehenet kell szerkesztenie különböző protokollok használatával. Az ember pedig, akárcsak egy másik állat, magának igényli a fejlesztését, hogy genomját a leghatékonyabban szerkeszthesse. Ezért nem lehet azt mondani, hogy embert nehezebb szerkeszteni, mint tehenet. Csak másképp kell csinálni, mint egérrel vagy patkánnyal. De a megközelítések ugyanazok maradnak. Nálunk semmi sem nagyon különbözik.
- Azaza probléma csak az etika és a törvények területén rejlik? És ha úgy döntenek, lenne-e további kísérlet?
- Kétségtelenül.És akkor valójában elég sok kísérlet van. Konferenciákra járok, és gyakran találkozom kollégáimmal. Az Oregoni Egyetem például kiváló kísérleteket végez az emberi genom szerkesztésével és az embriók termesztésével kapcsolatban. Egyszerűen később egy bizonyos, korai szakaszban megsemmisülnek. Az ilyen kísérletek nem tilosak. Valójában az egyetlen korlát az embrió beültetése és a születésig történő tenyésztése.
- Mely országok vezetik ma az emberi genom szerkesztését célzó kutatásokat?
— Két ilyen vezető van most, köztük és mindenki közötta többi abszolút szakadék. Ezek az USA és Kína. Senki nincs még közelebb, annyira távol állnak a világ többi részétől kutatásaikban.
- Kapcsolódik-e a finanszírozáshoz vagy a tudományos alaphoz?
- Mindkettővel.Kína rengeteg pénzt fektet a kutatásba, kormányukat nagyon aggasztja ez. És ha korábban egyszerűen másolták a technológiát, most a kínai tudósok érdekes dolgokat művelnek. Az USA-ban pedig egyszerűen nagyon erős tudományos bázis van. Valójában hol fedezték fel ezeket a CRISPR/Cas-okat?A módszer felfedezői Jennifer Doudna kivételével kínaiak, de az USA-ban dolgoznak. Ezért volt ilyen szinergia a két ország között.
— Mi akadályozza Oroszországot abban, hogy ezen a téren fejlődjön? Még az elnököt iskijelentettea genetika irányú kutatások prioritásáról.
- Ezt mondom, ma már van finanszírozáskutatás - sok pénzt különítenek el. De természetesen mindez nem történik meg egy órán belül. Szükségünk van egy tudományos alapra és iskolára. Oroszországban a genetika szempontjából minden szomorú a lysenkoizmus után. Lysenko előtt a szovjet genetikai iskola a világ egyik legjobbja volt. Vavilov Morganhez ment (Thomas Morgan - a genetika egyik alapítója, a Nobel-díjas díjnyertes - „High Tech”), és egyenlő feltételekkel kommunikáltak egymással. Lysenko után mindent barbár módon elpusztítottak. És azóta nem tudunk helyreállni. Igen, a pénz nagyon fontos. Ugyanakkor az is szükséges, hogy a gyerekek tanulmányokba menjenek, hogy bevonják a külföldi szakértőket. És ha van iskola, akkor Oroszországban is történik a genomi szerkesztés.
- Hogyan befolyásolják ezt az orosz és külföldi tudósok közötti kommunikációra vonatkozó közelmúltbeli ajánlások - minden kapcsolat jelentése, gyakorlati kommunikáció, mint a Szovjetunióban?
- Ez nagyon ijesztő. A legrosszabb dolog, amit meg lehet tenni az orosz tudomány számára, és teljesen megölni, ezek az ajánlások. És megértem, hogy ezek csak ajánlások, és ezeket nem kell követni. De az emberek, tudod, félnek. És kezdenek proaktívan végrehajtani őket. Különösen nem tudósok, hanem a tudomány bürokratáinak. Elkezdenek abbahagyni a kommunikációt a külföldi tudósokkal. Tudom a történetet, amikor német tudósok egy ideje érkeztek valamilyen konferenciára Oroszországban, és külföldi tudósok nem gyakran érkeznek hozzánk, és e követelmények miatt nem engedték be őket a rendezvényre. A tudomány nemzetközileg van, és amennyire csak lehetséges, kommunikálnia kell a kollégákkal és kölcsönhatásba kell lépnie velük, akkor az jó lesz. Erősen elítélem ezeket a követelményeket.
A süket, veszélyes betegségek és gyógyszeres kezelés kezelése
— Denis Rebrikov orosz genetikusmegyszerkessze az embriók genomját hallássérült párok számára. Mennyire valószínű egy ilyen kísérlet sikere?
- Denis Vladimirovich minden hibáját figyelembe vettekínai kolléga. Teljes genom szekvenálást fog végezni. Maga a kísérlet pedig ellenőrzöttebb környezetben zajlik majd, nem félig földalatti körülmények között, mint ahogyan az Jiankui esetében történt. Úgy gondolom, hogy módszertani szempontból elvileg a siker lehetséges, és kiderül, hogy nem minden olyan félelmetes, különösen akkor, ha modern módszereket használunk. És a mutáció szintje lehet a háttér szintjén. Ami ezeket a beteg gyerekeket illeti, igen, ez egy monogén mutáció, és domináns, vagyis elég könnyű elpusztítani, amit a genetikusok már jól csinálnak. És valójában ez az, semmi sem akadályozza tovább.
– Hogyan illeszkedik ez az orosz jogszabályokhoz?
- A jogalkotási szempontok vonatkozásában Rebrikovcsak ezen működik. És ebben az értelemben nagyon érdekes tudni, hogy mi történik ott. Nagyon szeretném, ha sikerül áttörnie ezt a törvényi falat. Bár a példája és a betegség, amelyet sok kollégám és az enyém véleménye szerint választott, nem annyira releváns. De a mező hatalmasan nyílik, tehát legyen az első és mutasson jó eredményt. Továbbá kibővíthető a "repertoár".
- Milyen más veszélyes betegségeket lehet kezelni a CRISPR / Cas-szel?
– Természetesen a cisztás fibrózis nagyon súlyos betegségbetegség. Lehetőség van a génszerkesztés alkalmazására a Duchenne-izomdystrophia kezelésében, legalábbis néhány olyan beteg esetében, akiknél a mutáció többé-kevésbé alkalmas erre. Általánosságban elmondható, hogy több mint 10 ezer monogén genetikai betegség létezik, és itt az a kérdés, hogy melyik módszer a kényelmesebb és egyszerűbb a kezelésre. Például a spinális izomsorvadást nem szerkesztéssel, hanem egyszerűen génpótló terápiával kell kezelni.
Cisztás fibrózis- szisztémás örökletes betegség,A cisztás fibrózis transzmembrán szabályozó génjének mutációja okozza, és az exokrin mirigyek károsodása és a légzőszervek súlyos diszfunkciója jellemez. A cisztás fibrózis nemcsak széles körű elterjedtsége miatt különösen érdekes, hanem azért is, mert ez volt az egyik első örökletes betegség, amelyet kezeltek. A cisztás fibrózist először Dorothy Andersen ismerte fel különálló entitásként 1938-ban.
Duchenne myodystrophy- az egyik törlése vagy megkettőzése okozzavagy több exon vagy pontmutáció a disztrofin génben. A fő megnyilvánulása az izomgyengeség, a gyermekkori mozgási nehézség, amely idővel előrehalad. A halál általában az élet második vagy harmadik évtizedében következik be. Átlagos időtartama 25 év, de van, aki tovább él.
- Mikor tudják ezt a tudósok megtenni? Mennyi az időtartam?
- Nézd, az állatokat már kezelik.Igaz, először persze „megcsonkítják” (vagyis modellállatokat készítenek a betegségek tanulmányozására), aztán kezelik. De mindez csak egy tudatos klinikára érkezik, és általában 5-15 évig tart. És ahogy megértem, mivel ez egy teljesen új megközelítés, az első klinikai vizsgálatok nagyon sokáig tartanak. Ez azt jelenti, hogy 15-20 évet kell várnunk. Akkor ez így fog kinézni: gyere, diagnosztizálják és kezeljék azonnal.
Dmitry Madera. Fotó: Hopping Science Bar
- Vagyis nem az embriók genomjának szerkesztéséről van szó, hanem a felnőttek kezeléséről?
– Mindkét megközelítés lehetséges lesz.
- Beszéljünk rólagénszerkesztésdupla törés nélkül. Miért nem tudták korábban a tudósok?
– Az a helyzet, hogy egyáltalán nem könnyű.Amikor először olvastam a Nature kiadványt, azt gondoltam: „Ó, hogy nem jutott eszembe?” Viccet félretéve, nagyon sok munka volt, mert kezdetben volt egy hasonló ötlet, de amikor a tudósok megpróbálták, nem sikerült. Aztán elkezdték megváltoztatni a reverz transzkriptázt, lényegében mutálták, hogy másképp működjön. És már egy bizonyos iterációnál elkezdett működni, és elkezdett valami ilyesmit gyártani. Ez egy nagyon sok időt és finanszírozást igénylő folyamat volt. Ezért nem vagyok meglepve, hogy idő telt el az egyszerű CRISPR/Cas feltalálása és a reverz transzkriptázt használó módszer megjelenése között. Mert nem triviális.
- Milyen lehetőségeket kínál ez az új módszer?
- A lehetőségek nagyok, mert mostKiderült, hogy az ofszetált mutációk előfordulásának minimális kockázatával nagyon specifikusan megváltoztathatjuk bármelyik gént, allélt. Például, ha pontmutációt akarunk létrehozni, hozzunk létre egy törlést vagy egy komplex pótlást. Ez nagyszerű lehetőségeket kínál nekünk, mivel általában véve egy vagy két mutáció vagy deléció kicsi, és 40-50 nukleotidon belül helyreállíthatók.
Valójában kicsit korábban voltak technológiák -nukleotid szerkesztők, akik egyszerűen elvetik és helyettesítik például az „A” -ot „G” -vel vagy „C” -et „T” -nel. Ilyen művek voltak és ma is használják, de természetesen minden itt nem egyszerű, mert kiderül, hogy nemcsak a DNS-t, hanem az RNS-t is szerkesztik, és nem mondják, hogy nagyon pontosak - nem pontosan szerkesztik egy nukleotid és az egész "ablak". Ez talán később gyakorlati felhasználássá is fejlődik. De eddig sok probléma merült fel. Emlékszem erre a módszerre, mert ez nem jár kettős szálú szünetekkel. És egy kicsit korábban merült fel, mint ezek a legutóbbi tanulmányok.
— Mérnökök az MIT és a Harvard egyetemekrőlhasználtA CRISPR olyan gyógyszerszállító rendszer létrehozása, amely csak egy adott pillanatban bocsátja ki őket. Hogyan történik ez pontosan?
- Ha kifejezetten erről a módszerről beszélünk, akkor aza lényeg az, hogy a DNS egy polimer, és a Cas12a elvágja azt, ezzel megsemmisítve a polimer szerkezetét. Ha a DNS beépül a hidrogélbe, akkor az az anyag, amelyet korábban a hidrogélben DNS-szálakkal rögzítettek, felszabadul. Vagyis a DNS itt egyszerűen fizikai anyagként működik, amely ellenőrzött módon lebontható. Általában a hidrogéleket sebeknél és egyéb sérüléseken kell alkalmazni, ha a gyógyszerek fokozatos felszabadítása szükséges tőlük.
Elvileg a CRISPR/Cas szállíthat valamitszükséges egy pozícióhoz a genomban. Ennyit tud tenni. De nem tudja bejuttatni a gyógyszert a sejtbe. Tehát nem teljesen helyes a gyógyszerszállításra való felhasználásáról beszélni.
De a CRISPR / Cas as szállításagyógyszerek a sejtbe, bejuttatási módszerekre van szükség. És léteznek - lehetnek vírusos és nem vírusosak. A vírusok természetesen a történelem során fejlődtek ki annak érdekében, hogy bizonyos genetikai anyagot továbbítsanak a sejtbe. Így szaporodnak. A nem vírusos módszerek pusztán kémiai módszerek, amikor olyan vivőanyagokat hoznak létre, amelyek magukban tartalmaznak nukleinsavmolekulákat, nem feltétlenül DNS-t, egyébként akár RNS vagy fehérje is. Általában ezek olyan zsírcseppek, amelyek megvédik a nukleázoktól és proteázoktól eljuttatandó anyagokat, és antitesteket fel lehet függeszteni rájuk is, hogy egy adott sejtre specifikussá váljanak. És ezek a lipofil komplexek gyógyszereket szállítanak a sejtbe. Vannak olyan komplex polimerekhez vagy arany nanorészecskékhez kapcsolódó művek is, amelyek, mint egy ágyú, megsiklik sejtekbe, repülnek bele és szállítják azok tartalmát, például egy genomi ágyú.
- Meg lehet-e hosszabbítani egy ember életét a génszerkesztésnek köszönhetően? Mennyit lehet ezt megtenni, és milyen betegségeket kell ilyen módon gyógyítani?
- Összetett probléma.Az a tény, hogy vannak olyan mutációk, amelyek az állatokban az élet bizonyos meghosszabbodását, az öregedés lelassulását okozzák. Általában a DNS-javító rendszerhez kapcsolódnak. Az öregedés sok szempontból a véletlenszerű hibák felhalmozódásának a következménye, amelyek retrovírus elemek aktiválásához vezetnek, és ennek eredményeként a genom nem szabályozott, és a gazdaszervezet ellen kezd dolgozni. Van itt egy pont, nem tudjuk, hogyan fog ez működni az emberekben. Sajnos, és ez nagy meglepetést okozott, az öregedés és az ellene való védekezés mechanizmusai nagyon fajspecifikusak. És az emberek számára ugyanazok az egerek nem teljesen megfelelő modellek. És minél megfelelőbb a modell és minél tovább él, annál nehezebb vele dolgozni. Például ugyanaz a SIRT6 - a hosszú életű fajoknál egy, a rövid életű fajoknál pedig más, egyértelmű összefüggés van. Úgy tűnt, hogy vegye és helyezze be a SIRT6-ot egy elefántból egy személybe. Vagy a humán SIRT6 több másolata (a sirtuin-6 fehérjét kódoló gén segít kijavítani a DNS-károsodást - kettős szál szakadások és helyettesítések a genetikai nukleotid betűkben - Hi-Tech). Ez működhet, vagy nem. Van ilyen lehetőség, és természetesen megpróbálnám. De ha az élet meghosszabbításáról beszélünk, akkor valószínűleg meg kell szerkesztenünk a DNS-javításhoz kapcsolódó géneket. Ma azonban egy ilyen szervezet számára ez csak egy hipotézis.