Dmitry Madera - BIOCAD 분자 유전학 부서 책임자, SPUFU 수석 강사, Ph.D.
2002 년에 그는 모스크바 주립대 학교 생물학 학부를 졸업했습니다.유전학 전공. 그는 매사추세츠 대학의 기능 및 유전자 발현 연구 프로그램에서 생물학 박사 학위 학위에 대한 논문을 옹호 한 후 국립 보건원 (National Institutes of Health)에서 일하면서 암 발생의 분자 적 측면과 암에 미치는 영향을 연구했습니다. 2015 년 BIOCAD의 분자 유전학 연구소를 이끌고 유전자 치료 제품 개발에 참여했습니다. Cas9 계열의 새로운 뉴 클레아 제 및 암 발생 분야의 기사를 기술하는 국제 특허의 저자.
그는 Jiankui 실험, 소녀 태아의 종양학 위험 및 표적 돌연변이
— 두 배아의 게놈을 편집한 중국의 생물물리학자 허젠쿠이의 실험에 대해 어떻게 생각하시나요? 전문가주장태어난 소녀들에게는 돌연변이가있을 수 있습니다. 이것을 피하는 방법?— 원본 소스를 연구한 후(MIT 연구 —"하이테크")와 유전학자 Fyodor Urnov의 논평을 통해 언론이 정보를 약간 왜곡하고 있음을 깨달았습니다. 네, 여자아이들이 돌연변이를 가질 확률이 더 높습니다. 이는 정확히 어디에서 발생할지 알려지지 않은 돌연변이를 의미합니다. 그리고 이제 CRISPR/Cas9의 영향으로 무작위 돌연변이가 어디서 발생했는지 정확히 파악하기가 어렵습니다. 이렇게하려면 소녀의 부모와 비교해야합니다.
공식적으로는 다음이 올바른 진술입니다.표적 돌연변이가 실제로 존재할 수 있습니다. 그리고 그것에 대해 당신이 할 수 있는 일은 아무것도 없습니다. 그리고 현대의 유전자 편집 방법은 이를 막지 못합니다. 이것이 실제로 문제입니다. 왜냐하면 위험할 수 있기 때문입니다.
2018 년 말, 중국 과학자 He JiankuiHIV에 선천적 인 면역력을 가진 유전자 변형 쌍둥이 소녀를 만들 수 있다고 발표했습니다. 그는 IVF를 겪고있는 부부의 배아를 편집했으며 7 가지 시도 중 하나가 성공했다고 말했다. 이 실험은 인간의 유전자 코드를 방해하는 윤리에 관한 새로운 논의를 불러 일으켰습니다.
그러나 편집 전문가 Fedor Urnov캘리포니아 대학의 게놈은 MIT Technology Review와의 인터뷰에서 다음과 같이 언급했습니다.
MIT의 새로운 연구에 따르면 과학자들은CCR5의 일반적인 버전을 재현 할 수있었습니다. 연구팀은 올바른 유전자를 목표로했지만 델타 32의 원하는 변형을 모방하지 않고 대신 돌연변이를 일으킬 수있는 새로운 판을 만들었다.
He Jiankui가 돌연변이를 일으킬 수 없다고 주장함CCR5 유전자(HIV가 인간 세포를 감염시키는 유전자 - Hi-Tech)가 올바르지 않습니다. 실제로 목표를 달성했으며 CCR5는 실제로 돌연변이가 발생하여 더 이상 작동하지 않습니다. 이는 HIV가 세포를 감염시킬 수 없음을 의미합니다. 예, 그는 분명히 인간 집단에서 발견되는 특정 자연 대립유전자를 재현할 수 없었지만 그럼에도 불구하고 CCR5는 "삭제"되어 작동하지 않습니다. 이는 Jiankui가 최소 목표를 달성했음을 의미합니다.
표적 외 돌연변이를 방지하기 위해게놈을 편집하는 방법을 개선하고 정확성을 높이는 것이 필요합니다. 따라서 미래에는 돌연변이의 위험을 배경 수준으로 줄이고 돌연변이가 자연적으로 발생한다는 사실을 진정시킬 수 있습니다. 그들이 말했듯이 교황보다 더 거룩 할 필요는 없습니다.
즉,이 소녀들이 자라면 Jiankui의 행동의 결과로 어떤 돌연변이가 있는지 정확히 이해하는 것이 비현실적입니까?
-CCR5에 대해 구체적으로 말하면가능합니다. 그리고 전체 게놈에 대해-원칙적으로 아버지와 어머니의 유전 물질을 가져 와서 자신의 유전자와 비교하면 가능합니다. 그러면 부모에게는 선택의 여지가 있으며, 엄마 나 아빠가 아닌 소녀의 게놈에있는 것들이 무엇인지 분명해질 것입니다. 또 다른 것은 CRISPR / Cas의 결과로 발생하는 돌연변이와 무작위로 어떤 돌연변이가 발생했는지 알아내는 것이 불가능하다는 것입니다. 이러한 돌연변이의 빈도 만 비교할 수 있습니다. 출생시 발생하는 정상 돌연변이의 수와 돌연변이가있는 소녀의 수입니다. 더 큰 차수가 있다면 모든 것이 분명합니다.
CRISPR/Cas9 게놈 편집 기술은 이전에 치료가 불가능한 것으로 간주되었던 수천 가지 유전병을 근절할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
유전자 도구의 주요 차이점오랫동안 존재하는 다른 방법으로 CRISPR / Cas9를 편집하면 방향성 DNA가 변경 될 수 있습니다. CRISPR / Cas9를 사용하면 DNA 서열에 구체적으로 영향을 미치고 손상된 유전자를 올바른 것으로 바꿀 수 있습니다. 이를 위해 특수 효소 인 뉴 클레아 제 (nuclease)가 게놈의 올바른 위치에 틈새를 도입 한 후 수리 시스템이 켜집니다-게놈을 복원하는 세포의 내부 메커니즘. 이 경우, 일반적으로 무작위 오류로 DNA가 파손 부위에서 수리됩니다. 따라서 그녀는 이웃 게놈에서 원하는 서열에 대한 샘플로 검색합니다. 기술에 따르면, 세포는이 서열을 특별한 DNA 단편에서 찾아야합니다. 그들의 유전학은 세포에 도입되어 독립적으로 세포에 도입됩니다. 그러나, 파열 부위에서의 무작위 돌연변이는 샘플을 따라 지시 된 배상보다 훨씬 더 자주 발생한다.
또 다른 질문, Konstantin Severinov(러시아어)분자 생물학 및 CRISPR/Cas - Hi-Tech 분야의 전문가)는 한때 거기에 완전히 끔찍한 것이 있었다면 배아 발생 단계에서도 소녀들이 살아남지 못했을 것이라는 흥미로운 생각을 한때 표현했습니다. 아마도 그들의 게놈에 관한 근본적인 어떤 것도 영향을 받지 않았을 것입니다. 나를 두려워하는 유일한 것은 종양학입니다. 비슷한 질병이 없기를 진심으로 바랍니다.
왜? 인간 게놈을 편집 한 결과 종양학이 더 가능성이 높아 집니까?
- 틀림없이. 암의 원인을 살펴보겠습니다.그 중 세 가지가 있습니다: 유전적 돌연변이, 즉 안젤리나 졸리와 같이 암 위험을 증가시킬 가능성을 지닌 특수 대립 유전자; 바이러스성 원인 - 예를 들어 인간 유두종 바이러스; 그리고 무작위 돌연변이. 내가 두려워하는 것은 바로 중국 실험의 소녀들에게서 후자 유형의 돌연변이가 발생하는 것입니다. 특히 거기에 높은 빈도의 돌연변이가 있었다면 더욱 그렇습니다. 그러면 모든 유형의 종양이 발생할 확률은 0과 다릅니다.
드미트리 마데라. 사진: 사이언스 바 호핑(Science Bar Hopping)
인간 게놈, 주요 국가 및 러시아 유전학의 운명을 편집하는 방법
-동물 실험을하는 것이 얼마나 쉬운가요?
— 각 동물의 게놈을 편집하려면자신만의 프로토콜이 필요합니다. 다른 프로토콜을 사용하여 마우스나 소를 편집해야 합니다. 그리고 인간은 다른 동물과 마찬가지로 자신의 게놈을 가장 효과적으로 편집하기 위해 스스로의 발달이 필요합니다. 그러므로 소보다 사람을 편집하는 것이 더 어렵다고 할 수는 없다. 마우스나 쥐를 사용하는 것과는 다르게 수행하면 됩니다. 그러나 접근 방식은 동일하게 유지됩니다. 우리와 별로 다를 것이 없습니다.
- 그렇죠문제는 윤리와 법률 분야에만있다 그리고 그것이 결정 되었다면, 더 많은 실험이 있을까요?
- 의심의 여지가 없습니다.그리고 실제로 꽤 많은 실험이 있습니다. 나는 회의에 참석하고 동료들을 자주 만난다. 예를 들어, 오레곤 대학교(University of Oregon)는 인간 게놈 편집과 배아 성장에 관한 탁월한 실험을 수행하고 있습니다. 그것들은 특정 초기 단계에서 단순히 파괴됩니다. 그러한 실험은 금지되지 않습니다. 실제로 유일한 제한은 배아를 이식하고 태어날 때까지 배양하는 것입니다.
-오늘날 인간 게놈 편집 연구의 리더는 어느 나라입니까?
— 이제 그들과 모든 사람 사이에 그러한 리더가 두 명 있습니다.나머지는 절대적인 심연입니다. 이들은 미국과 중국입니다. 더 가까운 사람은 없으며, 연구에 있어서 그들은 세계의 나머지 지역과 지금까지 멀리 떨어져 있습니다.
-금융 또는 과학적 기반과 관련이 있습니까?
- 둘 다요.중국은 연구에 많은 돈을 투자하고 있으며, 중국 정부는 이에 대해 매우 우려하고 있습니다. 이전에는 단순히 기술을 모방했다면 이제 중국 과학자들은 흥미로운 일을 하고 있습니다. 그리고 미국에는 매우 강력한 과학적 기반이 있습니다. 실제로 이 CRISPR/Cas는 모두 어디에서 발견되었습니까? Jennifer Doudna를 제외한 이 방법의 발견자들은 대부분 중국인이지만 미국에서 일하고 있습니다. 그래서 두 나라 사이에는 이런 시너지가 있었습니다.
— 러시아가 이 분야에서 발전하는 것을 방해하는 것은 무엇입니까? 심지어 대통령도선언유전학 방향의 연구 우선 순위에 대해.
-나는 이것을 말할 것이다.연구-많은 돈이 할당됩니다. 그러나 물론이 모든 것이 한 시간 안에 완료되지는 않습니다. 우리는 과학적 기반과 학교가 필요합니다. 러시아에서는 유전학 측면에서 라이센 코주의 이후 모든 것이 슬프습니다. 리 센코 이전에는 소비에트 유전학 학교가 세계 최고 중 하나였습니다. 바빌 로프는 모건 (토마스 모건-유전학의 창시자 중 하나, 노벨상 수상자-“하이테크”)에게 갔고 그들은 같은 용어로 의사 소통을했습니다. 리 센코 이후 모든 것이 야만적 인 방식으로 파괴되었습니다. 그 이후로 우리는 회복 할 수 없습니다. 예, 돈이 매우 중요합니다. 그러나 외국 전문가가 참여할 수 있도록 아이들이 공부를해야합니다. 그리고 학교가 있다면 러시아에서 게놈 편집이있을 것입니다.
-소련과 마찬가지로 러시아와 외국 과학자 사이의 의사 소통에 관한 최근 권고에 의해이 영향이 어떻게 영향을 받는가?
-무섭습니다. 러시아 과학을 위해 할 수 있고 그것을 완전히 죽일 수있는 최악의 것은 이러한 권장 사항입니다. 그리고 나는 이것이 단지 권장 사항임을 이해하고 따를 필요는 없습니다. 그러나 사람들은 알고 있습니다. 그리고 그들은 적극적으로 수행하기 시작합니다. 특히 과학자는 아니지만 과학 관료들. 그들은 외국 과학자들과의 의사 소통을 멈추기 시작할 것입니다. 나는 독일 출신의 과학 배우자가 한동안 러시아에서 어떤 회의에 왔을 때 외국 과학자들이 종종 우리에게 오지 않아서 이러한 요구로 인해 행사에 참여하지 못하게 된 이야기를 알고 있습니다. 과학은 국제적이며 가능한 한 많은 사람들과 의사 소통하고 의사 소통해야합니다. 그러면 좋습니다. 나는이 요건들을 강력히 정죄한다.
청각 장애, 위험한 질병 및 약물 전달 치료
— 러시아 유전학자 데니스 레브리코프(Denis Rebrikov)가다청각 장애가 있는 부부를 위해 배아의 게놈을 편집합니다. 그러한 실험이 성공할 가능성은 얼마나 됩니까?
— Denis Vladimirovich는 그의 모든 실수를 고려했습니다.중국인 동료. 그는 전체 게놈 서열 분석을 할 예정입니다. 그리고 실험 자체는 Jiankui의 경우처럼 반지하 조건이 아닌 보다 통제된 환경에서 진행될 것입니다. 나는 원칙적으로 방법론적 관점에서 성공이 가능하다고 생각하며, 특히 현대적인 방법을 사용할 때 모든 것이 그렇게 무섭지 않다는 것이 밝혀졌습니다. 그리고 돌연변이 수준은 배경 수준일 수도 있습니다. 이 아픈 아이들에 관해서는 그렇습니다. 이것은 단일 유전자 돌연변이이고 지배적입니다. 즉, 파괴하기가 매우 쉽습니다. 유전학자들은 이미 잘하고 있습니다. 그리고 사실 그게 전부입니다. 더 이상 방해가 되는 것은 없습니다.
— 이것이 러시아 법률에 어떻게 부합합니까?
-입법 측면과 관련하여 Rebrikov그것은 단지 이것에서 작동합니다. 이런 의미에서 무슨 일이 일어나는지 아는 것은 매우 흥미 롭습니다. 저는이 입법 벽을 돌파하는 데 성공하기를 정말로 원합니다. 그의 모범과 그가 선택한 질병은 많은 동료들과 나의 의견으로는 그다지 중요하지 않습니다. 그러나이 분야는 엄청나게 열리고 있기 때문에 첫 번째가되고 좋은 결과를 보여줍니다. 또한 "레퍼토리"를 확장 할 수 있습니다.
-CRISPR / Cas로 치료할 수있는 다른 위험한 질병은 무엇입니까?
—물론 낭성섬유증은 매우 심각한 질병입니다.질병. Duchenne 근이영양증의 치료에 유전자 편집을 사용하는 것이 가능합니다. 적어도 이것에 어느 정도 적합한 돌연변이가 있는 일부 환자에서는 가능합니다. 일반적으로 단일 유전자 질환은 10,000가지가 넘습니다. 여기서 문제는 어떤 방법이 치료에 더 편리하고 간단한가입니다. 예를 들어, 척수성 근위축증은 편집으로 치료할 것이 아니라 단순히 유전자 대체 요법으로 치료해야 합니다.
낭포 성 섬유증- 전신 유전 질환,낭포성 섬유증의 막횡단 조절인자 유전자의 돌연변이로 인해 발생하며 외분비샘의 손상과 호흡 기관의 심각한 기능 장애가 특징입니다. 낭포성 섬유증은 널리 퍼져 있을 뿐만 아니라 최초로 치료된 유전병 중 하나이기 때문에 특별한 관심을 끌고 있습니다. 낭포성 섬유증은 1938년 Dorothy Andersen에 의해 처음으로 뚜렷한 질병으로 인식되었습니다.
뒤 chen 근이영양증- 삭제나 중복으로 인한 경우또는 디스트로핀 유전자의 여러 엑손 또는 점 돌연변이. 주요 증상은 근육 약화, 어린 시절부터의 움직임 장애, 시간이 지남에 따라 진행되는 것입니다. 사망은 대개 20대 또는 30대에 발생합니다. 평균 수명은 25년이지만 더 오래 사는 사람도 있다.
과학자들은 언제 이것을 할 수 있을까요? 시간 범위는 무엇입니까?
- 보세요, 동물들은 이미 치료를 받고 있어요.사실, 그들은 물론 먼저 "절단"한 다음(즉, 질병을 연구하기 위해 모델 동물을 만들고) 치료합니다. 그러나이 모든 것은 의식이 있는 진료소에만 적용되며 일반적으로 5~15년 동안 지속됩니다. 그리고 제가 알기로는 이것은 완전히 새로운 접근법이기 때문에 첫 번째 임상 연구에는 매우 오랜 시간이 걸릴 것입니다. 이는 우리가 15~20년을 기다려야 한다는 것을 의미합니다. 그러면 다음과 같이 보일 것입니다. 와서 진단을 받고 즉시 치료를 받으십시오.
드미트리 마데 라 사진 : Science Bar Hopping
즉, 배아의 게놈을 편집하는 것이 아니라 성인의 치료에 관한 것입니까?
— 두 가지 접근 방식 모두 가능합니다.
- 얘기 좀 해보자유전자 편집이중 파손 없이. 이전에는 왜 과학자들이 그것을 할 수 없었습니까?
“사실은 그게 전혀 쉽지가 않아요.”처음 네이처 출판물을 읽었을 때 “아, 내가 왜 그런 생각을 못했지?”라는 생각이 들었습니다. 농담은 제쳐두고, 처음에는 비슷한 아이디어가 있었지만 과학자들이 시도했을 때 성공하지 못했기 때문에 많은 작업이 필요했습니다. 그런 다음 그들은 역전사 효소를 바꾸기 시작했습니다. 본질적으로 돌연변이를 만들어 다르게 작동하도록 만들었습니다. 그리고 이미 특정 반복에서 작동하기 시작했고 비슷한 것을 생산하기 시작했습니다. 많은 시간과 자금이 필요한 과정이었습니다. 그러므로 단순한 CRISPR/Cas의 발명과 역전사효소를 이용한 방법의 출현 사이에 시간이 흘렀다는 사실은 놀랍지 않습니다. 왜냐하면 그것은 사소한 일이 아니기 때문입니다.
-이 새로운 방법 덕분에 어떤 기회가 열리고 있습니까?
-지금은 기회가 크다표적 돌연변이의 발생 위험을 최소화하면서 유전자, 대립 유전자를 매우 구체적으로 바꿀 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 예를 들어 점 돌연변이를 설정하려면 삭제 또는 복잡한 대체물을 만듭니다. 이는 일반적으로 발생하는 하나 또는 두 개의 돌연변이 또는 결실이 작고 40-50 뉴클레오티드 내에서 복원 될 수 있기 때문에 큰 기회를 제공합니다.
사실, 기술이 조금 더 일찍있었습니다.예를 들어 "A"를 "G"로 또는 "C"를 "T"로 간단히 바꾸어 사용한 뉴클레오티드 편집기. 이러한 작업은 사용되었지만 여전히 사용되지만 모든 것이 단순하지는 않습니다. DNA뿐만 아니라 RNA도 편집한다는 사실이 밝혀 졌기 때문에 매우 정확하다고 말하지는 않습니다. 정확하게 수정하지는 않습니다. 하나의 뉴클레오티드 및 전체 "창". 어쩌면 이것은 또한 실용화로 발전 할 것입니다. 그러나 지금까지 많은 문제가 있습니다. 이 방법에는 이중 가닥 나누기가 포함되어 있지 않기 때문에이 방법을 기억했습니다. 그리고 최근의 연구보다 조금 일찍 일어났습니다.
— MIT 및 하버드 대학교 엔지니어중고특정 순간에만 약물을 방출하는 약물 전달 시스템을 만드는 CRISPR. 정확히 어떻게 이런 일이 발생하나요?
-이 방법에 대해 구체적으로 말하면본질은 DNA가 중합체이고 Cas12a가 그것을 절단하여 중합체 구조를 파괴한다는 것이다. DNA가 하이드로 겔에 혼입되면, DNA 가닥으로 하이드로 겔에 미리 고정 된 물질이 그로부터 방출된다. 즉, 여기서 DNA는 제어 된 방식으로 분해 될 수있는 물리적 물질로서 단순히 작용합니다. 일반적으로 하이드로 겔은 점진적인 약물 방출이 필요할 때 상처 및 기타 부상에 사용됩니다.
원칙적으로 CRISPR/Cas는 무언가를 제공할 수 있습니다.게놈의 위치에 꼭 필요합니다. 그게 그가 할 수 있는 전부입니다. 하지만 약을 세포 안으로 전달할 수는 없습니다. 따라서 약물 전달에 대한 사용에 대해 이야기하는 것은 전적으로 옳지 않습니다.
그러나 CRISPR / Cas를세포에 약물; 전달 방법이 필요합니다. 그리고 그들은 존재합니다-바이러스 성 및 비 바이러스 성이 될 수 있습니다. 물론 바이러스는 특정 유전 물질을 세포에 전달하기 위해 역사를 통해 진화했습니다. 그들은 그렇게 배가됩니다. 그리고 비 바이러스 적 방법은 단순히 화학적 방법입니다. 일부 운반체가 DNA 자체가 아닌 핵산 분자를 내부에 포함하여 만들어 질 때 RNA 나 단백질 일 수도 있습니다. 일반적으로 이들은 뉴 클레아 제 및 프로테아제로부터 전달해야하는 것을 보호하는 지방의 소적이며, 특정 세포에 대해 특이성을 부여하기 위해 항체를 매달 수 있습니다. 그리고 이러한 친 유성 복합체는 약물을 세포에 전달합니다. 그리고 복잡한 고분자 나 금 나노 입자와 관련된 연구가 있는데, 대포와 같이 스코치 세포는 그것들로 날아 가게되고 게놈 대포와 같은 내용물을 전달합니다.
-유전자 편집 덕분에 사람의 삶을 크게 연장시킬 수 있습니까? 이 방법으로 얼마를 할 수 있고 어떤 질병을 치료해야합니까?
— 어려운 질문이군요.사실 동물에는 생명의 연장, 노화의 둔화를 유발하는 돌연변이가 있습니다. 그들은 일반적으로 DNA 복구 시스템과 관련이 있습니다. 여러 면에서 노화는 레트로바이러스 요소의 활성화를 초래하는 무작위 오류가 축적된 결과이며, 그 결과 게놈이 조절되지 않고 숙주에 대해 작용하기 시작합니다. 여기에는 요점이 있습니다. 우리는 그것이 사람들에게 어떻게 작용할지 모릅니다. 불행하게도 이는 매우 놀라운 일이었습니다. 노화와 노화에 대한 보호 메커니즘은 종마다 매우 다릅니다. 그리고 인간의 경우 동일한 쥐가 완전히 적절한 모델이 아닌 것으로 밝혀졌습니다. 그리고 모델이 더 적합하고 수명이 길어질수록 작업하기가 더 어려워집니다. 예를 들어, 동일한 SIRT6 - 수명이 긴 종에서는 하나이고 수명이 짧은 종에서는 다르므로 명확한 상관 관계가 있습니다. 코끼리의 SIRT6을 가져다가 사람에게 삽입하는 것 같았습니다. 또는 인간 SIRT6의 여러 사본(시르투인-6 단백질을 코딩하는 유전자는 DNA 손상을 교정하는 데 도움이 됩니다 - 이중 가닥 절단 및 유전적 뉴클레오티드 문자의 치환 - Hi-Tech). 이것은 효과가 있을 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다. 그러한 가능성이 있으며 물론 시도해 보겠습니다. 그러나 수명 연장에 관해 이야기한다면 DNA 복구와 관련된 유전자를 편집해야 할 가능성이 높습니다. 그러나 오늘날 인간과 같은 유기체의 경우 이는 단지 가설에 불과합니다.