Dmitry Madera - șef al departamentului de genetică moleculară la BIOCAD, lector superior la SPUFU, Ph.D.
În 2002 a absolvit Facultatea de Biologie a Universității de Stat din Moscovamajorare în genetică. Și-a apărat teza pentru gradul de Doctor în Filozofie în Biologie în programul pentru studiul funcției și al expresiei genice la Universitatea din Massachusetts, după care a lucrat la Institutele Naționale de Sănătate, studiind aspectele moleculare ale dezvoltării cancerului și modalitățile de a le influența. În 2015, a condus laboratorul de genetică moleculară la BIOCAD și dezvoltă produse de terapie genică de atunci. Autorul unui brevet internațional care descrie o nouă nuclează a familiei Cas9 și articole în domeniul dezvoltării cancerului.
El a experimentat Jiankui, riscul de oncologie la fetele născute și mutațiile vizate
— Ce părere aveți despre experimentul biofizicianului chinez He Jiankui, care a editat genomul a doi embrioni? Experțirevendicarecă fetele născute ar putea avea mutații. Cum să evităm asta?— După ce a studiat sursa originală (cercetare MIT —„High-tech”) și comentariul geneticianului Fyodor Urnov, mi-am dat seama că mass-media denaturează puțin informațiile. Da, fetele sunt mai susceptibile de a avea mutații. Aceasta se referă la acele mutații care nu se cunosc exact unde vor apărea. Și acum este dificil de stabilit exact unde au apărut mutațiile aleatoare ca urmare a influenței CRISPR/Cas9. Pentru a face acest lucru, trebuie să faceți o comparație cu părinții fetelor.
Formal, aceasta este afirmația corectă:De multe ori mutațiile țintă pot exista într-adevăr. Și nu poți face nimic în privința asta. Și metodele moderne de editare a genelor nu împiedică acest lucru. Aceasta este de fapt problema, pentru că poate fi periculos.
La sfârșitul anului 2018, savantul chinez He Jiankuia anunțat că este capabil să creeze fete gemene modificate genetic, cu imunitate înnăscută la HIV. El a spus că a editat embrionii cuplurilor supuse FIV, iar una dintre cele șapte încercări a avut succes. Experimentul a declanșat un nou val de discuții despre etica interferării codului genetic uman.
Cu toate acestea, Fedor Urnov, specialist în editareGenomul Universității din California, într-un interviu acordat revizuirii MIT Technology Review, a menționat: „Afirmația că a reprodus CCR5-ul dominant este o falsă prezentare” și a adăugat că poate fi descrisă doar ca „o prezentare greșită intenționată”.
Un nou studiu realizat de MIT a arătat că oamenii de știință nuau putut reproduce versiunea prevalentă a CCR5. Deși echipa a vizat gena potrivită, cercetătorii nu au copiat variația dorită a Delta 32, ci au creat în schimb noi ediții, al căror efect nu este clar - ele pot provoca mutații.
Pretinzând că He Jiankui nu a putut mutagena CCR5 (gena care permite HIV să infecteze celulele umane - Hi-Tech) este incorectă. Și-a atins de fapt scopul, iar CCR5 a fost într-adevăr mutat și nu mai funcționează, ceea ce înseamnă că HIV nu poate infecta celulele. Da, se pare că nu a putut reproduce o alelă naturală specifică găsită în populațiile umane, dar, cu toate acestea, CCR5 este „eliminat” și nu funcționează, ceea ce înseamnă că Jiankui a atins obiectivul minim.
Pentru a preveni mutarea țintei,este necesar să se îmbunătățească metodele de editare a genomului, pentru a crește precizia acestora. Astfel, în viitor va fi posibil să se reducă riscul de mutații la nivelul de fundal, și apoi să se liniștească faptul că mutațiile apar în mod natural. După cum spun ei, nu este necesar să fii mai sfințit decât Papa.
- Adică, când aceste fete vor crește, va fi nerealist să înțelegem exact ce mutații au avut ca urmare a acțiunilor lui Jiankui?
- Vorbind specific despre CCR5, apoi, desigur,este posibil. Și pentru întregul genom - în principiu, este posibil acum, dacă luați materialul genetic al tatălui și al mamei lor și îl comparați cu ale lor. Atunci va deveni clar ce opțiuni au părinții și care dintre cele care sunt prezente în genomul fetelor, nici mama și nici tata nu au. Un alt lucru este că va fi imposibil să aflăm care mutații au apărut ca urmare a CRISPR / Cas și care la întâmplare. Puteți compara doar frecvența acestor mutații: câte mutații normale apar la naștere și câte dintre aceste fete le au. Dacă va exista un ordin de mărime mai mult, atunci totul este clar.
Tehnologia de editare a genomului CRISPR/Cas9 are potențialul de a eradica mii de boli moștenite care anterior erau considerate incurabile.
Principala diferență între un instrument de geneeditarea CRISPR / Cas9 din alte metode existente, destul de îndelungate - aceasta este posibilitatea modificărilor direcționale ale ADN-ului. CRISPR / Cas9 vă permite să influențați în mod specific secvența ADN și chiar să schimbați gena spartă la cea corectă. Pentru a face acest lucru, o enzimă specială, nuclează, introduce un decalaj la locul potrivit în genom, după care sistemul de reparație este pornit - mecanismele interne ale celulei pentru restabilirea genomului. În acest caz, ADN-ul este reparat la locul pauzei, de regulă, cu erori aleatorii, ceea ce este cel mai probabil să ducă la pierderea sau introducerea mai multor litere în secvență și la apariția mutațiilor. Prin urmare, ea caută ca un eșantion pentru secvența dorită în genomii vecini. Conform tehnologiei, celula trebuie să găsească această secvență în fragmente speciale de ADN. Genetica lor introdusă în celulă pentru a o lua și a o introduce în sine în mod independent. Cu toate acestea, mutațiile aleatorii la locul rupturii apar mult mai des decât reparațiile direcționate de-a lungul eșantionului.
O altă întrebare, Konstantin Severinov (rusun specialist în domeniul biologiei moleculare și CRISPR/Cas - Hi-Tech) a exprimat la un moment dat o idee interesantă că, dacă acolo ar fi fost ceva cu totul îngrozitor, fetele pur și simplu nu ar fi supraviețuit nici măcar în stadiul de embriogeneză. Cel mai probabil, nimic fundamental despre genomul lor nu a fost afectat. Singurul lucru care mă sperie este oncologia. Chiar sper că nu vor avea boli similare.
- De ce? Oncologia devine mai probabilă ca urmare a editării genomului uman?
- Cu siguranță. Să aruncăm o privire asupra cauzelor cancerului.Există trei dintre ele: mutații ereditare, adică alele speciale care poartă probabilitatea de a crește riscul de cancer, precum Angelina Jolie; cauze virale - papilomavirus uman, de exemplu; și mutații aleatorii. Tocmai de apariția mutațiilor de acest ultim tip la fetele din experimentul chinezesc este de care mă tem, mai ales dacă acolo a existat o frecvență mare a mutațiilor. Atunci probabilitatea de apariție a tumorilor de orice tip este diferită de zero.
Dmitri Madera. Foto: Science Bar Hopping
Cum să editați genomul uman, țările conducătoare și soarta geneticii ruse
- Cât de ușor este să efectuezi astfel de experimente cu animale?
— Pentru a edita genomul fiecărui animalai nevoie de propriul protocol. Trebuie să editați un mouse sau o vacă folosind protocoale diferite. Iar omul, ca un alt animal, are nevoie de dezvoltarea sa pentru el însuși pentru a-și edita genomul cel mai eficient. Prin urmare, nu se poate spune că este mai dificil să editezi o persoană decât o vacă. Trebuie doar să o faci altfel decât cu un șoarece sau șobolan. Dar abordările rămân aceleași. Nu este nimic foarte diferit la noi.
- Acesta esteproblema stă numai în domeniul eticii și legilor? Și dacă s-ar fi decis, ar fi mai multe experimente?
- Fara indoiala.Și apoi, există de fapt destul de multe experimente. Merg la conferințe și mă întâlnesc des cu colegi. De exemplu, Universitatea din Oregon desfășoară experimente excelente privind editarea genomului uman și creșterea embrionilor. Ele sunt pur și simplu distruse ulterior într-un anumit stadiu incipient. Astfel de experimente nu sunt interzise. De fapt, singura limitare este implantarea unui embrion și cultivarea acestuia până la naștere.
- Ce țări sunt lideri în cercetarea privind editarea genomului uman astăzi?
— Sunt doi astfel de lideri acum, între ei și toată lumearestul sunt un abis absolut. Acestea sunt SUA și China. Nimeni nu este chiar mai aproape, ei sunt atât de departe de restul lumii în cercetările lor.
- Este legat de finanțare sau de bază științifică?
- Cu amândoi.China investește o mulțime de bani în cercetare, guvernul lor este foarte îngrijorat de acest lucru. Și dacă mai devreme copiau pur și simplu tehnologia, acum oamenii de știință chinezi fac lucruri interesante. Și în SUA există pur și simplu o bază științifică foarte puternică. De fapt, unde au fost descoperite toate aceste CRISPR/Cas? Majoritatea descoperitorilor acestei metode, cu excepția Jennifer Doudna, sunt chinezi, dar lucrează în SUA. Prin urmare, a existat o asemenea sinergie între cele două țări.
— Ce împiedică Rusia să se dezvolte în acest domeniu? Chiar și președinteleEl a afirmatdespre prioritatea cercetării în direcţia geneticii.
- Voi spune asta, astăzi există deja finanțarecercetare - sunt alocați mulți bani. Dar, desigur, toate acestea nu se fac într-o oră. Avem nevoie de o bază științifică și o școală. În Rusia, în ceea ce privește genetica, totul este trist după lizenism. Înainte de Lysenko, școala sovietică de genetică era una dintre cele mai bune din lume. Vavilov s-a dus la Morgan (Thomas Morgan - unul dintre fondatorii geneticii, laureatul Premiului Nobel - „High Tech”) și au comunicat în condiții egale. După Lysenko, totul a fost distrus într-un mod barbar. Și de atunci nu ne putem recupera. Da, banii sunt foarte importanți. Dar este necesar, de asemenea, ca copiii să meargă la studii, astfel încât să fie implicați specialiști străini. Și dacă există o școală, va exista editare genomică în Rusia.
- Cum va fi acest lucru influențat de recomandările recente privind comunicarea între oamenii de știință ruși și străini - de a raporta toate contactele, de a comunica practic, ca în Uniunea Sovietică?
- Este foarte înfricoșător. Cel mai rău lucru care poate fi făcut pentru știința rusă și pentru a ucide complet este aceste recomandări. Și am înțeles că acestea sunt doar recomandări și nu trebuie respectate. Dar oamenii, știți, le este frică. Și încep să le efectueze proactiv. Mai ales nu oamenii de știință, ci birocrații din știință. Ei vor începe să nu mai comunice cu oamenii de știință străini. Știu povestea când colegii de erudiți din Germania au ajuns la un fel de conferință în Rusia de ceva timp, iar savanții străini nu vin deseori la noi și nu au fost lăsați în eveniment din cauza acestor cerințe. Știința este internațională și trebuie să comunici și să interacționezi cu colegii cât mai mult, și atunci va fi bine. Condamn cu fermitate aceste cerințe.
Tratamentul surzimii, bolilor periculoase și administrarea de medicamente
— Geneticistul rus Denis Rebrikovmergând laeditați genomul embrionilor pentru cuplurile cu deficiențe de auz. Cât de probabil este succesul unui astfel de experiment?
— Denis Vladimirovici a luat în considerare toate greșelile salecoleg chinez. El va face secvențierea întregului genom. Iar experimentul în sine va avea loc într-un mediu mai controlat, nu în condiții semi-subterane, așa cum a fost cazul Jiankui. Cred că succesul, în principiu, din punct de vedere metodologic, este posibil și se dovedește că totul nu este atât de înfricoșător, mai ales când se folosesc metode moderne. Iar nivelul de mutație poate fi la nivelul de fundal. Cât despre acești copii bolnavi, da, aceasta este o mutație monogenă și este dominantă, adică este destul de ușor să o distrugi, ceea ce geneticienii o fac deja bine. Și, de fapt, asta este, nimic nu stă în cale mai departe.
— Cum se potrivește acest lucru cu legislația rusă?
- În ceea ce privește aspectele legislative, Rebrikovdoar merge la asta. Și în acest sens, este foarte interesant să știm ce se întâmplă acolo. Mi-ar plăcea foarte mult ca el să reușească să treacă prin acest zid legislativ. Deși exemplul său și boala pe care a ales-o, în opinia multor colegi și ai mei, nu sunt atât de relevanți. Dar câmpul se deschide uriaș, așa că lăsați-l pe primul și arată un rezultat bun. Și în continuare va fi posibil să extindem „repertoriul”.
- Ce alte boli periculoase pot fi tratate cu CRISPR / Cas?
— Desigur, fibroza chistică este o problemă foarte gravăboala. Este posibil să se folosească editarea genelor în tratamentul distrofiei musculare Duchenne, cel puțin la unii pacienți care au o mutație mai mult sau mai puțin potrivită pentru aceasta. În general, există mai mult de 10 mii de boli genetice monogenice și aici întrebarea este ce metodă este mai convenabilă și mai simplă pentru tratament. De exemplu, atrofia musculară spinală nu ar trebui tratată prin editare, ci pur și simplu cu terapie de înlocuire a genelor.
Fibroza chistică- boală ereditară sistemică,cauzată de o mutație a genei pentru regulatorul transmembranar al fibrozei chistice și caracterizată prin afectarea glandelor exocrine și disfuncția severă a organelor respiratorii. Fibroza chistică prezintă un interes deosebit nu numai datorită prevalenței sale pe scară largă, ci și pentru că a fost una dintre primele boli ereditare care au fost tratate. Fibroza chistică a fost recunoscută pentru prima dată ca o entitate distinctă de Dorothy Andersen în 1938.
Miodistrofie Duchenne- cauzate de ștergerea sau duplicarea unuiasau mai mulți exoni sau mutații punctuale ale genei distrofinei. Principala manifestare este slăbiciunea musculară, dificultatea de mișcare din copilărie, care progresează în timp. Moartea apare de obicei în a doua sau a treia decadă de viață. Durata sa medie este de 25 de ani, dar există oameni care trăiesc mai mult.
- Când vor putea oamenii de știință să facă asta? Care este intervalul de timp?
- Uite, animalele sunt deja tratate.Adevărat, mai întâi se „mutilează”, desigur (adică fac animale model pentru a studia bolile), apoi tratează. Dar toate acestea vin doar la o clinică conștientă și, de regulă, durează de la 5 la 15 ani. Și după cum am înțeles, deoarece aceasta este o abordare complet nouă, primele studii clinice vor dura foarte mult timp. Aceasta înseamnă că va trebui să așteptăm 15-20 de ani. Apoi va arăta așa: vino, fii diagnosticat și tratat imediat.
Dmitry Madera. Foto: Science Bar Hopping
- Adică nu este vorba despre editarea genomului embrionilor, ci despre tratamentul adulților?
— Ambele abordări vor fi posibile.
- Hai sa vorbim despreeditarea genelorfără rupere dublă. De ce nu puteau oamenii de știință să o facă înainte?
„Chestia este că nu este deloc ușor.”Când am citit prima dată publicația Nature, m-am gândit: „Oh, cum nu m-am gândit la asta?” Glume deoparte, a fost multă muncă, pentru că inițial a existat o idee similară, dar când oamenii de știință au încercat-o, nu au reușit. Apoi, au început să schimbe transcriptaza inversă, în esență mutandu-l pentru a o face să funcționeze diferit. Și deja la o anumită iterație a început să funcționeze și a început să producă așa ceva. A fost un proces care a necesitat mult timp și finanțare. Prin urmare, nu sunt surprins că timpul a trecut între invenția pur și simplu CRISPR/Cas și apariția metodei care utilizează transcriptază inversă. Pentru că nu este banal.
- Ce oportunități se deschid datorită acestei noi metode?
- Oportunitățile sunt mari, pentru că acumse dovedește că, cu riscuri minime de apariție a mutațiilor țintă, putem schimba foarte specific orice genă, alelă. De exemplu, dacă dorim să stabilim o mutație punctuală, creăm o ștergere sau o înlocuire complexă. Acest lucru ne oferă oportunități mari, deoarece, în general, de obicei una sau două mutații sau ștergeri care apar sunt mici și pot fi restaurate în 40-50 de nucleotide.
De fapt, existau tehnologii ceva mai devreme -editori de nucleotide care au luat și înlocuit pur și simplu, de exemplu, „A” cu „G” sau „C” cu „T”. Astfel de lucrări au fost și sunt încă folosite, dar, desigur, totul nu este simplu acolo, deoarece se dovedește că editează nu numai ADN, ci și ARN și nu spun că este foarte mare - nu editează exact o nucleotidă și întreaga „fereastră”. Poate că acest lucru se va dezvolta ulterior și pentru o utilizare practică. Dar până acum sunt multe probleme. Mi-am amintit de această metodă, deoarece nu implică, de asemenea, pauze cu două cateni. Și a apărut puțin mai devreme decât aceste studii recente.
— Ingineri de la universitățile MIT și HarvardutilizateCRISPR pentru a crea un sistem de livrare a medicamentelor care să le elibereze doar la un moment specific. Cum se întâmplă exact asta?
- Vorbind specific despre această metodă, apoiesența este că ADN-ul este un polimer și Cas12a îl taie, distrugând astfel structura polimerului. Dacă ADN-ul este încorporat în hidrogel, atunci substanțele care au fost anterior fixate în hidrogel cu catene de ADN sunt apoi eliberate din acesta. Adică, aici ADN-ul acționează pur și simplu ca material fizic care poate fi descompus într-o manieră controlată. În general, hidrogelii sunt folosiți pe răni și alte leziuni atunci când este necesară o eliberare treptată de medicamente din ele.
În principiu, CRISPR/Cas ar putea livra cevanecesare unei poziții în genom. Asta e tot ce poate face. Dar nu poate livra medicamentul în celulă. Deci nu este în întregime corect să vorbim despre utilizarea sa pentru livrarea medicamentelor.
Dar pentru a livra CRISPR / Cas asmedicamente în celulă, sunt necesare metode de livrare. Și există - pot fi virale și non-virale. Virusurile, desigur, au evoluat de-a lungul istoriei lor pentru a livra anumite materiale genetice celulei. Se înmulțesc așa. Și metodele non-virale sunt pur și simplu metode chimice, când se creează unii purtători care conțin în sine molecule de acid nucleic, nu neapărat ADN, apropo, poate fi chiar ARN sau proteine. De obicei, ele sunt câteva picături de grăsime care protejează ceea ce trebuie să furnizeze de nucleaze și proteaze, iar anticorpii pot fi de asemenea agățați de ele pentru a le conferi specificitate pentru o anumită celulă. Iar aceste complexe lipofile furnizează medicamente celulei. Și există lucrări legate de polimeri complexi sau nanoparticule de aur, care, precum un tun, celulele scorbute, zboară în ele și își livrează conținutul, precum un tun genomic.
- Este posibil să extindem în mod semnificativ viața unei persoane datorită editării genelor? Cât de mult se poate face acest lucru și ce boli trebuie vindecate în acest fel?
- Problemă complexă.Cert este că există mutații care la animale provoacă o anumită prelungire a vieții, o încetinire a îmbătrânirii. Ele sunt de obicei asociate cu sistemul de reparare a ADN-ului. În multe feluri, îmbătrânirea este o consecință a acumulării de erori aleatorii care duc la activarea elementelor retrovirale și, ca urmare, genomul nu este reglat și începe să lucreze împotriva gazdei sale. Există un punct aici, nu știm cum va funcționa la oameni. Din păcate, și aceasta a fost o mare surpriză, mecanismele de îmbătrânire și de protecție împotriva acesteia sunt foarte specifice speciei. Și pentru oameni, aceiași șoareci se dovedesc a nu fi un model pe deplin adecvat. Și cu cât modelul este mai adecvat și cu cât trăiește mai mult, cu atât este mai dificil să lucrezi cu el. De exemplu, același SIRT6 - la speciile cu viață lungă este una, iar la speciile cu viață scurtă este diferită, există o corelație clară. Se părea că luați și introduceți SIRT6 de la un elefant la o persoană. Sau mai multe copii ale SIRT6 uman (gena care codifică proteina sirtuin-6 ajută la corectarea daunelor ADN - rupturi duble catene și substituții în literele nucleotidelor genetice - Hi-Tech). Acest lucru poate funcționa sau nu. Există o astfel de posibilitate și bineînțeles că aș încerca. Dar dacă vorbim despre prelungirea vieții, atunci cel mai probabil trebuie să edităm genele asociate cu repararea ADN-ului. Astăzi, însă, pentru un astfel de organism ca persoană, aceasta este doar o ipoteză.