דמיטרי מדרה, ראש המחלקה לגנטיקה מולקולרית ב- BIOCAD, מרצה בכיר ב- SPCFU, Ph.D.
בשנת 2002 סיים את לימודיו בפקולטה לביולוגיה של אוניברסיטת מדינת מוסקבהעוסק בגנטיקה. הוא הגן על התזה שלו לתואר דוקטור לפילוסופיה בביולוגיה בתוכנית לחקר תפקוד וביטוי גנים באוניברסיטת מסצ'וסטס, לאחר מכן עבד במכון הלאומי לבריאות, בחן את ההיבטים המולקולריים של התפתחות סרטן וכיצד להשפיע עליהם. בשנת 2015 הוא עמד בראש המעבדה לגנטיקה מולקולרית ב- BIOCAD, ומפתח מאז מוצרים לטיפול גנטי. מחבר הפטנט הבינלאומי המתאר גרעין חדש של משפחת Cas9 ומאמרים בתחום התפתחות סרטן.
הוא הניסוי ג'יאנקוי, סיכון אונקולוגי בילדות שנולדו ומוטציות יעד
מה דעתכם על הניסוי של הביופיזיקאי הסיני הא ג'יאנקוי, שערך את הגנום של שני עוברים?מומחיםתביעהשלילדות שנולדו אולי מוטציות. כיצד להימנע מכך?לאחר שלמדתי את המקור (מחקר ההיי-טק של MIT) ואת פרשנותו של הגנטיקאי פיודור אורנוב, הבנתי שהתקשורת קצת מעוותתכן, בנות נוטות יותר לקבל מוטציות.הכוונה היא לאותן מוטציות שאינן ידועות היכן בדיוק הן יתעוררו.וכעת קשה לקבוע היכן בדיוק נוצרו המוטציות האקראיות שנבעו מ-CRISPR/Cas9.כדי לעשות זאת, אתה צריך לעשות השוואה עם ההורים של הבנות.
פורמלית, זו אמירה נכונה: באמת יכולות להיות מוטציות ממוקדות, ואין שום דבר שאתה יכול לעשות בקשר לזה.ושיטות עריכת הגנים הנוכחיות אינן מונעות זאת.להיות מסוכן.
בסוף 2018 המדען הסיני He Jiankuiהודיע שהוא מסוגל ליצור ילדות תאומות מהונדסות גנטית עם חסינות מולדת ל- HIV. הוא אמר כי ערך את עוברי הזוגות שעברו הפריה חוץ גופית, ואחד משבעת הניסיונות הצליח. הניסוי עורר גל חדש של דיונים על האתיקה של התערבות בקוד הגנטי האנושי.
עם זאת, פדור אורנוב, מומחה עריכההגנום של אוניברסיטת קליפורניה ציין בראיון ל- MIT Technology Review: "הטענה שהיא משחזרת את ה- CCR5 הרווחת היא מצג שווא בוטה", והוסיפה כי ניתן לתאר זאת רק כ"מצגת שגויה מכוונת. "
מחקר חדש שנערך על ידי MIT הראה כי מדענים אינם עושים זאתהצליחו לשחזר את הגרסה הרווחת של CCR5. למרות שהצוות כיוון לגן הנכון, החוקרים לא העתיקו את הווריאציה הרצויה של הדלתא 32, אלא במקום זאת יצרו מהדורות חדשות שההשפעה שלהן אינה ברורה - בעוד שהן עלולות לגרום למוטציות.
טוענים שהוא לא הצליח לשנות את הגן CCR5 (הגן שמאפשרזה אכן השיג את מטרתו, ו- CCR5 אכן עבר מוטציה ואינו עובד עוד, מה שאומר ש- HIV אינו יכול להדביק תאים אנושיים.כן, הוא כנראה לא הצליח לשכפל אלל טבעי ספציפי שנמצא באוכלוסיות אנושיות, אבל בכל זאת, CCR5 הוא "נוק אאוט" ולא עובד, מה שאומר שג'יאנקוי השיג את המטרה המינימלית.
כדי למנוע מוטציות מחוץ למטרה,יש צורך לשפר שיטות לעריכת הגנום, כדי להגדיל את הדיוק שלהם. כך, בעתיד ניתן יהיה להפחית את הסיכון למוטציות לרמת הרקע, ואז להירגע מכך שמוטציות מתרחשות באופן טבעי. כמו שאומרים, אין הכרח להיות קדוש יותר מהאפיפיור.
כלומר, כאשר הבנות הללו יגדלו, יהיה זה לא מציאותי להבין בדיוק אילו מוטציות היו להם כתוצאה ממעשי ג'יאנקוי?
- אם מדברים ספציפית על CCR5, אז, כמובן,זה אפשרי. ולגנום כולו - באופן עקרוני, זה אפשרי עכשיו, אם לוקחים את החומר הגנטי של אביהם ואמם ומשווים אותו עם שלהם. אז יתברר אילו להורים יש אפשרויות, ואילו מאלו שנמצאים בגנום של הילדות, אין לאמא ולא אבא. דבר נוסף הוא שאי אפשר יהיה לגלות אילו מוטציות עלו כתוצאה מ- CRISPR / Cas, ואיזו באופן אקראי. אתה יכול להשוות רק את תדירות המוטציות הללו: כמה מוטציות תקינות מתרחשות בלידה וכמה מהבנות האלה יש אותן. אם יהיה סדר גודל נוסף, הכל ברור.
לטכנולוגיית עריכת הגנום CRISPR/Cas9 יש פוטנציאל לחסל אלפי מחלות תורשתיות שנחשבו בעבר לחשוכות מרפא.
ההבדל העיקרי בין כלי גניםעריכת CRISPR / Cas9 משיטות קיימות וארוכות מספיק - זו האפשרות של שינויי DNA בכיוון. CRISPR / Cas9 מאפשר לך להשפיע באופן ספציפי על רצף ה- DNA ואף לשנות את הגן השבור לזה הנכון. לשם כך, אנזים מיוחד, גרעין, מכניס פער במקום הנכון בגנום, שלאחריו מופעלת מערכת התיקון - המנגנונים הפנימיים של התא להחזרת הגנום. במקרה זה, DNA מתוקן במקום ההפסקה, ככלל, עם שגיאות אקראיות, מה שהסביר ביותר להוביל לאובדן או להכנסה של כמה אותיות ברצף ולהופעת המוטציות. לכן היא מחפשת כמדגם אחר הרצף הרצוי בגנומים הסמוכים. על פי הטכנולוגיה, על התא למצוא רצף זה בשברי DNA מיוחדים. הגנטיקה שלהם הוכנסה לתא על מנת לקחת אותה ולהכניס אותה לעצמה באופן עצמאי. עם זאת, מוטציות אקראיות באתר הקרע מתרחשות בתדירות גבוהה הרבה יותר משיקום מכוון לאורך המדגם.
שאלה אחרת, קונסטנטין סברינוב (מומחה רוסי בתחום הביולוגיה המולקולרית ו- CRISPR/Cas - הייטק) הביע פעם רעיון מעניין שאם היה שם משהו נורא לחלוטין, הבנות פשוט לא היו שורדות בשלב העובר.סביר להניח, שום דבר בסיסי על הגנום שלהם הושפע.הדבר היחיד שמפחיד אותי זה אונקולוגיה.מחלות דומות.
למה? האם האונקולוגיה הופכת לסבירה יותר כתוצאה מעריכה של הגנום האנושי?
בואו נסתכל על הגורמים לסרטן.ישנם שלושה מהם: מוטציות תורשתיות, כלומר, אללים מיוחדים הנושאיםהסבירות לסיכון מוגבר לסרטן, כגון אנג'לינה ג'ולי; גורמים ויראליים – וירוס הפפילומה האנושי, למשל; ומוטציות אקראיות.זה המופע של מוטציות מהסוג האחרון אצל הבנות בניסוי הסיני שאני חושש ממנו, במיוחד אם הייתה תדירות גבוהה של מוטציות.במקרה זה, ההסתברות לכל סוג של התרחשות הגידול שונה מאפס.
דמיטרי מדרה. צילום: Science Bar Hopping
כיצד לערוך את הגנום האנושי, המדינות המובילות ואת גורל הגנטיקה הרוסית
- כמה קל יותר לערוך ניסויים כאלה עם בעלי חיים?
- לערוך את הגנום של כל חיהאתה צריך פרוטוקול משלך. אתה צריך לערוך עכבר או פרה באמצעות פרוטוקולים שונים. והאדם, כמו חיה אחרת, דורש את פיתוחה לעצמו כדי לערוך את הגנום שלו בצורה היעילה ביותר. לכן אי אפשר לומר שקשה יותר לערוך אדם מאשר פרה. אתה רק צריך לעשות את זה אחרת מאשר עם עכבר או חולדה. אבל הגישות נשארות זהות. אין שום דבר שונה בנו.
- זההבעיה נעוצה רק בתחום האתיקה והחוקים? ואם יוחלט האם היו יותר ניסויים?
- ללא ספק.ואז, למעשה יש די הרבה ניסויים. אני הולך לכנסים ולעתים קרובות פוגש עמיתים. לדוגמה, אוניברסיטת אורגון עורכת ניסויים מצוינים בעריכת הגנום האנושי וגידול עוברים. הם פשוט מושמדים לאחר מכן בשלב מסוים, מוקדם. ניסויים כאלה אינם אסורים. למעשה, המגבלה היחידה היא השתלת עובר וטיפוחו עד הלידה.
- אילו מדינות מובילות כיום במחקר בנושא עריכת הגנום האנושי?
- יש שני מנהיגים כאלה עכשיו, בינם לבין כולםהשאר הם תהום מוחלטת. אלה ארה"ב וסין. אף אחד לא קרוב אפילו יותר, הם כל כך רחוקים משאר העולם במחקר שלהם.
- האם זה קשור למימון או לבסיס מדעי?
- עם שניהם.סין משקיעה הרבה כסף במחקר, הממשלה שלה מודאגת מאוד מכך. ואם קודם לכן הם פשוט העתיקו טכנולוגיה, עכשיו מדענים סינים עושים דברים מעניינים. ובארה"ב יש פשוט בסיס מדעי חזק מאוד. למעשה, היכן התגלו כל ה-CRISPR/Cas הללו? רוב המגלים של השיטה הזו, מלבד ג'ניפר דאודנה, הם סינים, אבל הם עובדים בארה"ב. לכן, הייתה סינרגיה כזו בין שתי המדינות.
— מה מונע מרוסיה להתפתח באזור זה? אפילו הנשיאהכריזעל עדיפות המחקר בכיוון הגנטיקה.
אני אומר את זה, היום כבר יש מימוןמחקר - הרבה כסף מוקצה. אבל, כמובן, כל זה לא נעשה תוך שעה אחת. אנו זקוקים לבסיס מדעי ולבית ספר. ברוסיה, מבחינת הגנטיקה, הכל עצוב אחרי ליזנקוביזם. לפני ליסנקו, בית הספר הסובייטי לגנטיקה היה מהטובים בעולם. ואווילוב הלך למורגן (תומאס מורגן - ממקימי הגנטיקה, חתן פרס נובל - "היי טק"), והם התקשרו בתנאים שווים. אחרי ליסנקו, הכל נהרס בדרך ברברי. ומאז איננו יכולים להתאושש. כן, כסף חשוב מאוד. אך יש צורך בכך שהילדים ילכו ללמוד, כך שמעורבים מומחים זרים. ואם יש בית ספר, יהיה עריכה גנומית ברוסיה.
- כיצד זה יושפע מהמלצות האחרונות בנושא התקשורת בין מדענים רוסים לזרים - לדווח על כל המגעים, באופן תקשורתי, כמו בברית המועצות?
- זה מאוד מפחיד. הדבר הגרוע ביותר שניתן לעשות למדע הרוסי ולהרוג אותו לחלוטין הוא ההמלצות האלה. ואני מבין שאלו רק המלצות, ואין צורך למעקב אחריהן. אבל אנשים, אתם יודעים, חוששים. והם מתחילים לבצע אותם באופן יזום. במיוחד לא מדענים, אלא בירוקרטים מהמדע. הם יתחילו להפסיק לתקשר עם מדענים זרים. אני מכיר את הסיפור כאשר בני זוג מדעיים מגרמניה הגיעו לאיזה ועידה ברוסיה במשך זמן מה, ומדענים זרים לא מגיעים אלינו לעתים קרובות והם לא הורשו להיכנס לאירוע בגלל הדרישות הללו. המדע הוא בינלאומי, ואתה צריך לתקשר ולקיים אינטראקציה עם עמיתים ככל האפשר ואז זה יהיה טוב. אני מגנה בתוקף את הדרישות הללו.
טיפול בחירשות, מחלות מסוכנות ומסירת תרופות
- הגנטיקאי הרוסי דניס רבריקובהולך ללערוך את הגנום של עוברים לזוגות עם ליקויי שמיעה. מה הסיכוי להצלחת ניסוי כזה?
- דניס ולדימירוביץ' לקח בחשבון את כל הטעויות שלועמית סיני. הוא הולך לעשות רצף גנום שלם. והניסוי עצמו יתקיים בסביבה מבוקרת יותר, לא בתנאים חצי תת-קרקעיים, כפי שהיה במקרה של Jiankui. אני חושב שהצלחה, באופן עקרוני, מבחינה מתודולוגית אפשרית, ומסתבר שהכל לא כל כך מפחיד, במיוחד כשמשתמשים בשיטות מודרניות. ורמת המוטציה עשויה להיות ברמת הרקע. לגבי הילדים החולים האלה, כן, זו מוטציה מונוגנית, והיא דומיננטית, כלומר די קל להרוס אותה, מה שהגנטיקאים כבר מצליחים היטב. ולמעשה, זהו, שום דבר לא מפריע יותר.
- איך זה מסתדר עם החקיקה הרוסית?
- באשר להיבטי החקיקה, Rebrikovזה פשוט עובד על זה. ובמובן הזה, מעניין מאוד לדעת מה קורה שם. הייתי באמת רוצה שהוא יצליח לפרוץ את החומה המחוקקת הזו. למרות שהדוגמה שלו והמחלה שבחר, לדעת רבים מעמיתי ושלי, אינם כה רלוונטיים. אבל התחום נפתח ענק, אז שיהיה הראשון ותציג תוצאה טובה. בהמשך ניתן יהיה להרחיב את "הרפרטואר".
- באילו מחלות מסוכנות אחרות ניתן לטפל באמצעות CRISPR / Cas?
- כמובן, סיסטיק פיברוזיס היא מחלה רצינית מאודמַחֲלָה. ניתן להשתמש בעריכת גנים בטיפול בניוון שרירים של דושן, לפחות בחלק מהחולים שיש להם מוטציה שמתאימה יותר או פחות לכך. באופן כללי יש יותר מ-10 אלף מחלות גנטיות מונוגניות וכאן השאלה היא איזו שיטה נוחה ופשוטה יותר לטיפול. לדוגמה, ניוון שרירי עמוד השדרה לא צריך להיות מטופל באמצעות עריכה, אלא פשוט באמצעות טיפול חלופי גנים.
סיסטיק פיברוזיס- מחלה תורשתית מערכתית,נגרמת על ידי מוטציה בגן לווסת הטרנסממברנלי של סיסטיק פיברוזיס ומאופיינת בפגיעה בבלוטות האקסוקריניות ובתפקוד לקוי חמור של איברי הנשימה. סיסטיק פיברוזיס מעורר עניין מיוחד לא רק בגלל השכיחות הנרחבת שלה, אלא גם בגלל שזו הייתה אחת המחלות התורשתיות הראשונות שטופלו. סיסטיק פיברוזיס הוכרה לראשונה כישות מובחנת על ידי דורותי אנדרסן ב-1938.
מיודסטרופיה של דושן- נגרם על ידי מחיקות או כפילות של אחדאו מספר אקסונים או מוטציות נקודתיות בגן הדיסטרופין. הביטוי העיקרי הוא חולשת שרירים, קושי לנוע מהילדות, שמתקדם עם הזמן. המוות מתרחש בדרך כלל בעשור השני או השלישי לחיים. משך הזמן הממוצע שלו הוא 25 שנים, אבל יש אנשים שחיים יותר.
- מתי מדענים יוכלו לעשות זאת? מה טווח הזמן?
- תראה, החיות כבר מטופלות.נכון, קודם הם "משתילים", כמובן (כלומר, הם מייצרים חיות מודל לחקר מחלות), ואז הם מטפלים. אבל כל זה מגיע רק למרפאה מודעת, וזה, ככלל, נמשך בין 5 ל -15 שנים. ולפי הבנתי, מכיוון שמדובר בגישה חדשה לחלוטין, המחקרים הקליניים הראשונים יימשכו זמן רב מאוד. המשמעות היא שנצטרך לחכות 15-20 שנה. ואז זה ייראה כך: תבואו, תאבחנו וטופלו מיד.
דמיטרי מדרה. צילום: Science Bar Hopping
כלומר, לא מדובר בעריכת הגנום של העוברים, אלא בטיפול במבוגרים?
- שתי הגישות יהיו אפשריות.
- בוא נדבר עלעריכת גניםללא שבירה כפולה. למה מדענים לא יכלו לעשות את זה קודם?
"העניין הוא שזה לא קל בכלל."כשקראתי לראשונה את הפרסום של Nature, חשבתי, "אוי, איך לא חשבתי על זה?" מלבד בדיחות, זה היה הרבה עבודה, כי בהתחלה היה רעיון דומה, אבל כשמדענים ניסו אותו, הם לא הצליחו. ואז הם התחילו לשנות את התעתיק ההפוך, ובעצם שינו אותו כדי לגרום לו לעבוד אחרת. וכבר באיטרציה מסוימת זה התחיל לעבוד והתחיל לייצר משהו כזה. זה היה תהליך שדרש הרבה זמן ומימון. לכן, אני לא מופתע שעבר זמן בין המצאת פשוט CRISPR/Cas לבין הופעתה של השיטה המשתמשת ב-reverse transcriptase. כי זה לא טריוויאלי.
- אילו הזדמנויות נפתחות בזכות השיטה החדשה הזו?
- ההזדמנויות גדולות, כי עכשיומסתבר שאנחנו יכולים, עם מינימום סיכונים להתרחש מוטציות יעד, לשנות באופן ספציפי כל גן, אלל. לדוגמה, אם אנו רוצים ליצור מוטציה נקודתית, צור מחיקה או תחליף מורכב. זה נותן לנו הזדמנויות גדולות, מכיוון שבדרך כלל, בדרך כלל מוטציה או מחיקות אחת או שתיים שמתעוררות הן קטנות, וניתן לשחזר אותן בתוך 40-50 נוקלאוטידים.
למעשה, היו טכנולוגיות קצת קודם לכן -עורכי נוקליאוטידים שפשוט לקחו והחליפו, למשל, "A" ב- "G" או "C" ב- "T". יצירות כאלה היו והן עדיין משמשות, אבל כמובן שהכל לא פשוט שם, כי מסתבר שהם עורכים לא רק DNA, אלא גם RNA, והם לא אומרים שזה גדול מאוד - הם לא עורכים בדיוק נוקליאוטיד אחד, וכל "החלון". אולי זה יתפתח גם לאחר מכן לשימוש מעשי. אך עד כה ישנן בעיות רבות. נזכרתי בשיטה זו מכיוון שהיא גם אינה כרוכה בהפסקות עם שתי גדולות. וזה התעורר מעט מוקדם יותר מהמחקרים האחרונים הללו.
- מהנדסים מאוניברסיטאות MIT והרווארדמשומשCRISPR ליצירת מערכת אספקת תרופות המשחררת אותן רק ברגע מסוים. איך זה קורה בדיוק?
- אם מדברים ספציפית על שיטה זו, ואז זההמהות היא ש- DNA הוא פולימר, ו- Cas12a חותך אותו ובכך משמיד את מבנה הפולימר. אם DNA משולב בהידרוג'ל, אז חומרים שהיו מקובעים בעבר בהידרוגל עם גדילי DNA משוחררים ממנו. כלומר כאן, ה- DNA פועל פשוט כחומר פיזי שניתן לפרק אותו בצורה מבוקרת. באופן כללי משתמשים בהידרוגלים על פצעים ופגיעות אחרות כאשר יש צורך בשחרור הדרגתי של תרופות מהן.
באופן עקרוני, CRISPR/Cas יכול לספק משהוהכרחי למיקום בגנום. זה כל מה שהוא יכול לעשות. אבל זה לא יכול להעביר את התרופה לתא. אז זה לא לגמרי נכון לדבר על השימוש בו למתן תרופות.
אבל למסור את CRISPR / Cas asתרופות לתא; דרושות שיטות מסירה. והם קיימים - הם יכולים להיות ויראליים ולא ויראליים. נגיפים כמובן התפתחו לאורך ההיסטוריה שלהם במטרה להעביר לתאים חומר גנטי מסוים. הם מתרבים כך. ושיטות לא ויראליות הן פשוט שיטות כימיות, כאשר נוצרים נשאים מסוימים המכילים בתוכם מולקולות חומצות גרעין, לאו דווקא DNA, אגב, זה יכול להיות אפילו RNA או חלבון. בדרך כלל מדובר בכמה טיפות שומן שמגנות על מה שהם חייבים להעביר מגרעינים ומפרוטאזים, וניתן לתלות עליהן גם נוגדנים כדי לתת להם ספציפיות לתא מסוים. והמתחמים הליפופיליים הללו מעבירים תרופות לתא. ויש עבודות שקשורות לפולימרים מורכבים או חלקיקים מזהביים, שכמו תותח תאי חריכה הם עפים לתוכם ומספקים את תוכנם, כמו תותח גנומי.
- האם ניתן להאריך משמעותית את חייו של אדם באמצעות עריכת גנים? כמה ניתן לעשות זאת ואילו מחלות צריכות לרפא בדרך זו?
- נושא מורכב.העובדה היא שיש מוטציות שבבעלי חיים גורמות להארכת חיים מסוימת, האטה בהזדקנות. בדרך כלל הם קשורים למערכת תיקון ה-DNA. במובנים רבים, ההזדקנות היא תוצאה של הצטברות של טעויות אקראיות שמובילות להפעלה של אלמנטים רטרו-ויראליים, וכתוצאה מכך הגנום אינו מווסת ומתחיל לפעול נגד המארח שלו. יש כאן נקודה, אנחנו לא יודעים איך זה יעבוד אצל אנשים. למרבה הצער, וזה בא בהפתעה גדולה, מנגנוני ההזדקנות וההגנה מפניה הם מאוד ספציפיים למין. ועבור בני אדם, אותם עכברים מתגלים כלא מודל הולם. וככל שהדגם מתאים יותר וחייו ארוכים יותר, כך קשה יותר לעבוד איתו. למשל, אותו SIRT6 - במינים ארוכים זה אחד, ובמינים קצרי חיים זה שונה, יש מתאם ברור. נראה כי לקחת ולהכניס SIRT6 מפיל לאדם. או מספר עותקים של SIRT6 אנושי (הגן המקודד לחלבון sirtuin-6 עוזר לתקן נזק ל-DNA - שבירות גדילים כפולים והחלפות באותיות נוקלאוטידים גנטיות - היי-טק). זה יכול לעבוד, ואולי זה לא. יש אפשרות כזו, וכמובן שאנסה. אבל אם אנחנו מדברים על הארכת חיים, סביר להניח שאנחנו צריכים לערוך גנים הקשורים לתיקון DNA. היום, לעומת זאת, עבור אורגניזם כזה כאדם, זו רק השערה.