ドミトリー マデラ - BIOCAD 分子遺伝学部門長、SPUFU 上級講師、博士。
2002年、彼はモスクワ州立大学の生物学部を卒業しました。遺伝学を専攻しています。彼は、マサチューセッツ大学の機能と遺伝子発現の研究プログラムで生物学の博士号を取得した論文を擁護し、その後国立衛生研究所で働き、がんの発生の分子的側面とそれらに影響を与える方法を研究しました。 2015年、彼はBIOCADの分子遺伝学研究室を率い、その後遺伝子治療製品の開発に携わってきました。 Cas9ファミリーの新しいヌクレアーゼとがんの開発分野の記事を記述した国際特許の著者。
彼Jiankuiの実験、生まれた少女の腫瘍学リスクと標的変異
— 2つの胚のゲノムを編集した中国の生物物理学者何建奎の実験についてどう思いますか？専門家主張する生まれた女の子は突然変異を持っているかもしれません。これを避ける方法は？— 元の情報源を調べた結果 (MIT の研究結果 —)「ハイテク」）と遺伝学者フョードル・ウルノフの解説を聞いて、メディアが情報を少し歪めていることに気づきました。はい、女の子は突然変異を起こす可能性が高くなります。これは、正確にどこで発生するか不明な突然変異を指します。そして現在、CRISPR/Cas9 の影響によりランダムな突然変異がどこで生じたのかを正確に特定することは困難です。これを行うには、女の子の両親と比較する必要があります。
正式には、これは正しい記述です。ターゲット外の突然変異は実際に存在する可能性があります。そして、それについてできることは何もありません。そして現代の遺伝子編集手法ではこれを防ぐことはできません。危険な可能性があるため、これが実際に問題になります。
2018年末、中国の科学者He Jiankui彼は、HIVに対する先天性免疫をもつ遺伝子組み換え双子の少女を作り出すことができたと発表しました。彼は、IVFを受けているカップルの胚を編集し、7つの試みのうちの1つが成功したと言いました。この実験は、人間の遺伝暗号を妨害する倫理に関する議論の新しい波を引き起こしました。
ただし、編集スペシャリストのヒョードル・ウルノフカリフォルニア大学のゲノムは、MIT Technology Reviewとのインタビューで、「それが一般的なCCR5を再現したという主張は露骨な不実表示である」と指摘し、「意図的な不実表示」としか記述できないと付け加えました。
MITの新しい研究では、科学者はCCR5の一般的なバージョンを再現することができました。チームは正しい遺伝子を目指していましたが、研究者は望ましいデルタ32のバリエーションをコピーしませんでしたが、代わりに新しいエディションを作成しました。
何建奎は突然変異することができなかったと主張CCR5 遺伝子 (HIV がヒト細胞に感染することを可能にする遺伝子 - Hi-Tech) が間違っています。実際にその目標は達成され、CCR5 は実際に変異して機能しなくなりました。つまり、HIV は細胞に感染できなくなりました。はい、どうやら彼は人間の集団に見られる特定の天然の対立遺伝子を再現できなかったようですが、それにもかかわらず、CCR5は「ノックアウト」されて機能しません。これは、Jiankuiが最低限の目標を達成したことを意味します。
標的外の突然変異を防ぐために、ゲノムの編集方法を改善して、精度を高める必要があります。したがって、将来的には、突然変異のリスクをバックグラウンドレベルまで低減し、突然変異が自然に発生するという事実に落ち着くことが可能になるでしょう。彼らが言うように、教皇より聖なる者である必要はありません。
-つまり、これらの女の子が成長したとき、Jiankuiの行動の結果としてどのような変異があったのかを正確に理解するのは非現実的でしょうか？
-CCR5について具体的に言えば、もちろん、可能です。そして、全ゲノムについて-原則として、あなたが彼らの父と母の遺伝物質を取り、それを彼ら自身のものと比較すれば、今では可能です。それから、両親がオプションを持っているか、そして、女の子のゲノムに存在しているそれらのうち、ママもパパも持っていないものが明らかになります。別のことは、CRISPR / Casの結果としてどの変異が生じたのか、そしてどの変異がランダムに見つかったのかを見つけることが不可能であることです。これらの突然変異の頻度のみを比較できます。出生時に発生する正常な突然変異の数と、これらの少女のうち何人がそれらを持っているかです。さらに1桁大きくなれば、すべてが明確になります。
CRISPR/Cas9 ゲノム編集技術には、これまで不治だと考えられていた何千もの遺伝性疾患を根絶できる可能性があります。
遺伝子ツールの主な違い他の長い既存の方法からCRISPR / Cas9を編集する-これは、方向性のあるDNA変更の可能性です。 CRISPR / Cas9を使用すると、DNA配列に特に影響を与えたり、壊れた遺伝子を正しい配列に変更することさえできます。これを行うために、特別な酵素であるヌクレアーゼがゲノムの適切な場所にギャップを導入し、その後、修復システムが活性化されます-細胞の内部メカニズムがゲノムを復元します。この場合、DNAは原則としてランダムなエラーで破損部位で修復されます。これにより、シーケンス内のいくつかの文字が失われたり挿入されたり、突然変異が発生したりする可能性が最も高くなります。そのため、彼女はサンプルとして近隣のゲノムの目的の配列を検索します。技術によれば、細胞はこの配列を特別なDNA断片で見つけなければなりません。細胞に導入された遺伝学は、それを取り込み、独立してそれを自身に導入します。ただし、破裂部位でのランダムな変異は、サンプルに沿った直接的な修復よりもはるかに頻繁に発生します。
もう一つの質問、コンスタンチン・セヴェリノフ（ロシア人）分子生物学と CRISPR/Cas - Hi-Tech の分野の専門家）は、もしそこに何か完全にひどいことがあったとしたら、少女たちは胚発生の段階でさえ生き残ることはできなかったであろうという興味深い考えをかつて表明しました。おそらく、彼らのゲノムに関する基本的な部分は何も影響を受けませんでした。私が怖いのは腫瘍学だけです。彼らが同じような病気にならないことを心から願っています。
-なんで？腫瘍学は、ヒトゲノムの編集の結果としてより可能性が高くなりますか？
- 確かに。がんの原因を見てみましょう。それらは 3 つあります。遺伝性突然変異、つまり、アンジェリーナ・ジョリーのように、がんのリスクを高める可能性のある特別な対立遺伝子です。ウイルス性の原因 - ヒトパピローマウイルスなど。そしてランダムな突然変異。私が懸念するのは、中国の実験で得られた少女たちに後者のタイプの突然変異が発生したこと、特にそこで突然変異が高頻度で発生した場合である。したがって、あらゆる種類の腫瘍が発生する確率はゼロとは異なります。
Дмитрий Мадера. Фото: Science Bar Hopping
ヒトゲノム、主要国、およびロシアの遺伝学の運命を編集する方法
-このような実験を動物で行うのはどれくらい簡単ですか？
— Для редактирования генома каждого животного необходим свой собственный протокол. Редактировать мышь или корову нужно с разными протоколами. И человек, как еще одно животное, требует его развития для самого себя, чтобы редактировать его геном наиболее эффективно. Поэтому нельзя сказать, что человека редактировать сложнее, чем корову. Просто нужно это делать иначе, чем в случае с мышью или крысой. Но подходы остаются такими же. Ничего сильно отличного в нас нет.
— То есть 問題は倫理と法律の分野だけにありますか？そして、それが決定された場合、さらに実験がありますか？
— Безусловно. А потом, экспериментов достаточно много на самом деле. Я езжу на конференции и часто встречаю коллег. Например, в Орегонском университете проводят прекрасные эксперименты по редактированию генома человека и выращиванию эмбрионов. Просто их впоследствии уничтожают на определенном, раннем этапе. Подобные эксперименты не запрещены. По сути, единственное ограничение — подсаживание эмбриона и его выращивание вплоть до рождения.
-現在、ヒトゲノムの編集に関する研究のリーダーはどの国ですか？
— Таких лидеров сейчас два, между ними и всеми остальными абсолютная пропасть. Это США и Китай. Дальше даже близко никто не стоит, настолько они оторвались в своих исследованиях от всего остального мира.
-それは資金調達または科学的基盤に関連していますか？
— И с тем, и с другим. Китай вкладывает в исследование очень большие деньги, их власть это очень заботит. И если раньше они занимались простым копированием технологии, сейчас уже китайские ученые делают интересные вещи. А в США просто очень сильная научная база. Собственно, где были открыты все эти CRISPR/Cas — большинство первооткрывателей этого метода, кроме Дженнифер Дудны, китайцы, но работают они в США. Поэтому получилась такая синергия двух стран.
— А что мешает России развиваться в этой области? Даже президент 宣言された о приоритете исследований в направлении генетики.
-私はこれを言います、今日はすでに資金があります研究-多くのお金が割り当てられます。しかし、もちろん、このすべてが1時間で行われるわけではありません。科学的基盤と学校が必要です。ロシアでは、遺伝学の観点から、リセンコイズムの後はすべてが悲しい。リュセンコ以前は、ソビエトの遺伝学派は世界でも最高の学校の1つでした。バビロフはモーガンに行き（トーマス・モーガン-遺伝学の創始者の一人、ノーベル賞受賞者-「ハイテク」）、彼らは平等にコミュニケーションを取りました。ライセンコの後、すべてが野barな方法で破壊されました。そして、それ以降は回復できません。はい、お金は非常に重要です。しかし、外国の専門家が関与するように、子供たちが勉強に行くことも必要です。そして、学校があれば、ロシアでゲノム編集が行われます。
-ロシアと外国の科学者の間のコミュニケーションに関する最近の勧告により、これはどのように影響を受けますか？
-これはとても怖いです。 ロシアの科学のために行われ、それを完全に殺すことができる最悪のことは、これらの勧告です。そして、これらは単なる推奨事項であり、従う必要がないことを理解しています。しかし、人々は、あなたが知っているように、恐れています。そして、彼らは積極的にそれらを実行し始めます。特に科学者ではなく、科学の官僚。彼らは外国の科学者とのコミュニケーションを止め始めるでしょう。私は、ドイツからの科学的な配偶者がしばらくロシアで会議に来たときの話を知っています。科学は国際的であり、可能な限り同僚とコミュニケーションを取り、交流する必要があります。そうすれば、それは良いことです。これらの要件を強く非難します。
難聴、危険な病気、薬物送達の治療
— Российский генетик Денис Ребриков に行く отредактировать геном эмбрионов для пар с отклонениями слуха. Насколько вероятен успех подобного эксперимента?
— Денис Владимирович учел все ошибки своего китайского коллеги. Он собирается провести полное геномное секвенирование. И сам эксперимент будет проходить в более контролируемой обстановке, не в полуподпольных условиях, как это было у Цзянькуя. Я думаю, что успех в принципе, с методологической точки зрения, возможен, и окажется, что всё не так страшно, особенно при использовании современных методов. А уровень мутирования может оказаться на уровне бэкграунда. А что касается этих больных детей, то да, это моногенная мутация, причем она доминантна, то есть ее достаточно просто уничтожить, что генетики уже хорошо делают. И, собственно, всё, дальше ничто не стоит на пути.
— Как это сочетается с российским законодательством?
-立法面に関しては、Rebrikovこれで動作します。この意味で、そこで何が起こるかを知ることは非常に興味深いです。彼がこの立法の壁を突破することに成功することを本当に望んでいます。私の同僚や私の多くの意見では、彼の例と彼が選んだ病気はあまり関係がありません。しかし、この分野は大きく開かれているので、それを最初にして、良い結果を示しましょう。さらに、「レパートリー」を拡大することが可能になります。
-CRISPR / Casで治療できる他の危険な病気は何ですか？
— Конечно, муковисцидоз — это очень тяжелое заболевание. Можно использовать генное редактирование в лечении миодистрофии Дюшенна, хотя бы у некоторых пациентов, у которых более-менее подходящая для этого мутация. Вообще моногенных генетических болезней более 10 тыс. И тут вопрос, какой метод более удобен и прост для лечения. Например, спинальную мышечную атрофию нужно лечить не редактированием, а просто заместительной генной терапией.
嚢胞性線維症 — 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.
デュシェンヌ型筋ジストロフィー — 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.
-科学者はいつこれを行うことができますか？時間範囲はどのくらいですか？
— 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.
ドミトリー・マデラ。写真：サイエンスバーホッピング
-つまり、胚のゲノムを編集するのではなく、大人の治療についてですか？
— Оба подхода будут возможны.
— Поговорим о 遺伝子編集 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.
-この新しい方法のおかげで、どのような機会が開かれていますか？
-今がチャンスだ標的変異の発生のリスクを最小限に抑えて、遺伝子、対立遺伝子を非常に明確に変更できることがわかりました。たとえば、点突然変異を確立する場合は、削除または複雑な置換を作成します。概して、通常、発生する1つまたは2つの突然変異または削除は小さく、それらは40〜50ヌクレオチド以内で復元できるため、これは大きな機会を与えてくれます。
実際、少し前のテクノロジーがありました-たとえば、単に「A」を「G」に、または「C」を「T」に置き換えて置き換えたヌクレオチド編集者。そのような作品は今でも使われていますが、もちろん、すべてが単純ではありません。なぜなら、彼らはDNAだけでなくRNAも編集し、非常に正確だとは言わず、正確に編集していないからです1つのヌクレオチド、および「ウィンドウ」全体。たぶん、これはその後、実用に発展するでしょう。しかし、これまでのところ多くの問題があります。この方法は、二本鎖切断も伴わないため、覚えていました。そして、これらの最近の研究よりも少し早かった。
— Инженеры из Массачусетского технологического и Гарвардского университетов 使用済み CRISPR для создания системы доставки лекарств, которая высвобождает их только в определенный момент. Как именно это происходит?
-この方法について具体的に話すと、本質は、DNAはポリマーであり、Cas12aはそれを切断し、それによってポリマー構造を破壊するということです。 DNAがヒドロゲルに組み込まれている場合、以前にDNA鎖でヒドロゲルに固定されていた物質がヒドロゲルから放出されます。つまり、ここでDNAは、制御された方法で分解できる物理的な素材として単に機能します。一般的に、ハイドロゲルは、創傷からの薬物の徐放が必要なときに、創傷およびその他の損傷に使用されます。
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.
しかし、CRISPR / Casを細胞への薬物;送達方法が必要です。そして、それらは存在します-彼らは、ウイルス性と非ウイルス性でありえます。もちろん、ウイルスは、特定の遺伝物質を細胞に送達するために、その歴史を通じて進化してきました。彼らはそう増殖します。また、非ウイルス法は単なる化学的方法であり、一部のキャリアは、DNAである必要はなく、RNA分子またはタンパク質である可能性のある核酸分子を内部に含む場合に作成されます。通常、それらはヌクレアーゼやプロテアーゼからの送達に必要なものを保護する脂肪の液滴であり、抗体を特定の細胞に特異性を与えるためにそれらに掛けることもできます。そして、これらの親油性複合体は薬物を細胞に送達します。また、複雑なポリマーや金ナノ粒子に関連する作品があり、大砲のように、細胞を焦がし、それらの中に飛び込み、ゲノム大砲などの内容物を運びます。
-遺伝子編集のおかげで、人の寿命を大幅に延ばすことは可能ですか？これをどの程度行うことができ、この方法でどの病気を治す必要がありますか？
— 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.