Dmitry Madera - chef för avdelningen för molekylärgenetik vid BIOCAD, universitetslektor vid SPUFU, Ph.D.
2002 tog han examen från fakulteten för biologi vid Moskva State Universitymed huvudsak inom genetik. Han försvarade sin avhandling för graden doktor i filosofi i biologi om programmet för studier av funktion och genuttryck vid University of Massachusetts, varefter han arbetade vid National Institutes of Health, studerade de molekylära aspekterna av cancerutvecklingen och hur han påverkar dem. 2015 ledde han molekylärgenetiklaboratoriet vid BIOCAD och har sedan dess varit engagerad i utvecklingen av genterapiprodukter. Författaren till ett internationellt patent som beskriver en ny nukleas av familjen Cas9 och artiklar inom cancerutveckling.
Han Jiankui-experiment, risken för onkologi hos födda flickor och riktade mutationer
— Vad tycker du om experimentet av den kinesiske biofysikern He Jiankui, som redigerade genomet av två embryon? Experterkravatt födda flickor kan ha mutationer. Hur undviks detta?— Efter att ha studerat den ursprungliga källan (MIT-forskning —"High-tech") och kommentaren från genetikern Fjodor Urnov, insåg jag att media förvränger informationen lite. Ja, flickor är mer benägna att ha mutationer. Detta hänvisar till de mutationer som inte är kända exakt var de kommer att inträffa. Och nu är det svårt att fastställa exakt var slumpmässiga mutationer uppstod som ett resultat av påverkan av CRISPR/Cas9. För att göra detta måste du göra en jämförelse med flickornas föräldrar.
Formellt är detta det korrekta påståendet:Ofta målmutationer kan verkligen existera. Och det finns inget du kan göra åt det. Och moderna genredigeringsmetoder förhindrar inte detta. Detta är faktiskt problemet, för det kan vara farligt.
I slutet av 2018, den kinesiska forskaren He Jiankuimeddelade att han kunde skapa genetiskt modifierade tvillingflickor med medfödd immunitet mot HIV. Han sa att han redigerade embryon från par som genomgick IVF, och ett av de sju försöken var framgångsrikt. Experimentet utlöste en ny våg av diskussioner om etiken att störa den mänskliga genetiska koden.
Men Fedor Urnov, redigeringsspecialistvid University of California genom, i en intervju med MIT Technology Review, konstaterade: "Påståendet att det reproducerade den rådande CCR5 är en uppenbar felrepresentation," och tilllade att det bara kan beskrivas som "avsiktlig felrepresentation."
En ny studie från MIT visade att forskare inte gör detkunde reproducera den rådande versionen av CCR5. Även om teamet siktade mot rätt gen kopierade forskarna inte den önskade variationen av Delta 32 utan skapade istället nya utgåvor, vars effekt inte är tydlig - medan de kan orsaka mutationer.
Påstår att He Jiankui inte kunde muteraCCR5-genen (genen som gör att HIV kan infektera mänskliga celler - Hi-Tech) är felaktig. Det uppnådde faktiskt sitt mål, och CCR5 var verkligen muterad och fungerar inte längre, vilket betyder att HIV inte kan infektera celler. Ja, han kunde tydligen inte reproducera en specifik naturlig allel som finns i mänskliga populationer, men ändå är CCR5 "utslagen" och fungerar inte, vilket betyder att Jiankui har uppnått minimimålet.
För att förhindra off-target mutationer,det är nödvändigt att förbättra metoderna för redigering av genomet, för att öka deras noggrannhet. I framtiden kommer det således att vara möjligt att minska risken för mutationer till bakgrunden och sedan lugna på det faktum att mutationer uppstår naturligt. Som de säger är det inte nödvändigt att vara heligare än påven.
- Det vill säga, när dessa flickor växer upp, kommer det att vara orealistiskt att förstå exakt vilka mutationer de hade till följd av Jiankuis handlingar?
- Prata specifikt om CCR5, då, naturligtvis,det är möjligt. Och för hela genomet - i princip är det möjligt nu, om du tar det farliga och deras mammas genetiska material och jämför det med deras eget. Då kommer det att bli klart vilka föräldrar som har alternativ, och vilka av dem som finns i flickornas genom, varken mamma eller pappa har. En annan sak är att det kommer att vara omöjligt att ta reda på vilka mutationer som uppstod till följd av CRISPR / Cas och vilka slumpmässigt. Du kan bara jämföra frekvensen av dessa mutationer: hur många normala mutationer som inträffar vid födseln och hur många av dessa flickor har dem. Om det kommer att finnas en storleksordning mer, är allt klart.
CRISPR/Cas9 genomredigeringsteknologi har potential att utrota tusentals ärftliga sjukdomar som tidigare ansågs obotliga.
Den största skillnaden mellan ett genverktygredigera CRISPR / Cas9 från andra, tillräckligt länge befintliga metoder - det är möjligheten till riktnings-DNA-förändringar. CRISPR / Cas9 låter dig specifikt påverka DNA-sekvensen och till och med ändra den trasiga genen till rätt. För att göra detta introducerar ett speciellt enzym, nukleas, ett gap på rätt plats i genomet, varefter reparationssystemet aktiveras - cellens inre mekanismer för att återställa genomet. I detta fall repareras DNA på platsen för brottet, som regel, med slumpmässiga fel, vilket sannolikt leder till förlust eller infogning av flera bokstäver i sekvensen och uppkomsten av mutationer. Därför söker hon som ett prov efter den önskade sekvensen i granngenomen. Enligt tekniken måste cellen hitta denna sekvens i speciella DNA-fragment. Deras genetik infördes i cellen för att ta den och självständigt introducera den i sig själv. Emellertid sker slumpmutationer på brottstället mycket oftare än riktad reparation enligt provet.
En annan fråga, Konstantin Severinov (ryskaen specialist inom molekylärbiologi och CRISPR/Cas - Hi-Tech) uttryckte vid en tidpunkt en intressant idé att om det fanns något helt fruktansvärt där, skulle tjejerna helt enkelt inte ha överlevt ens vid embryogenesstadiet. Med största sannolikhet påverkades inget fundamentalt om deras genom. Det enda som skrämmer mig är onkologi. Jag hoppas verkligen att de inte kommer att ha liknande sjukdomar.
- Varför? Blir onkologi mer troligt som ett resultat av redigering av det mänskliga genomet?
- Absolut. Låt oss ta en titt på orsakerna till cancer.Det finns tre av dem: ärftliga mutationer, det vill säga speciella alleler som har sannolikheten att öka risken för cancer, som Angelina Jolie; virala orsaker - humant papillomvirus, till exempel; och slumpmässiga mutationer. Det är just förekomsten av mutationer av den senare typen hos tjejerna från det kinesiska experimentet som jag fruktar, speciellt om det fanns en hög frekvens av mutationer där. Då är sannolikheten för förekomsten av tumörer av någon typ annorlunda än noll.
Dmitry Madera. Foto: Science Bar Hopping
Hur man redigerar det mänskliga genomet, ledande länder och ryska genetikens öde
- Hur mycket lättare är det att göra sådana experiment med djur?
— Att redigera arvsmassan för varje djurdu behöver ditt eget protokoll. Du måste redigera en mus eller en ko med olika protokoll. Och människan, precis som ett annat djur, kräver dess utveckling för sig själv för att redigera sitt arvsmassa mest effektivt. Därför kan det inte sägas att det är svårare att redigera en person än en ko. Du behöver bara göra det annorlunda än med en mus eller råtta. Men tillvägagångssätten förblir desamma. Det är inget mycket annorlunda med oss.
- Det ärproblemet ligger bara inom området för etik och lagar? Och om det beslutades, skulle det finnas fler experiment?
- Otvivelaktigt.Och sedan finns det faktiskt ganska många experiment. Jag går på konferenser och träffar ofta kollegor. Till exempel genomför University of Oregon utmärkta experiment för att redigera det mänskliga genomet och odla embryon. De förstörs helt enkelt därefter i ett visst, tidigt skede. Sådana experiment är inte förbjudna. Faktum är att den enda begränsningen är implantationen av ett embryo och dess odling fram till födseln.
- Vilka länder är ledande inom forskning om redigering av det mänskliga genomet idag?
— Det finns två sådana ledare nu, mellan dem och allaresten är en absolut avgrund. Dessa är USA och Kina. Ingen är ens närmare, de är så långt ifrån resten av världen i sin forskning.
- Är det kopplat till finansiering eller vetenskaplig bas?
- Med båda.Kina investerar mycket pengar i forskning, deras regering är mycket oroad över detta. Och om de tidigare helt enkelt kopierade teknik, nu gör kinesiska forskare intressanta saker. Och i USA finns helt enkelt en mycket stark vetenskaplig bas. Egentligen, var upptäcktes alla dessa CRISPR/Cas? De flesta av upptäckarna av denna metod, förutom Jennifer Doudna, är kineser, men de arbetar i USA. Därför fanns det en sådan synergi mellan de två länderna.
— Vad hindrar Ryssland från att utvecklas på detta område? Till och med presidentenhan uppgavom forskningens prioritering i genetikens riktning.
- Jag kommer att säga detta, idag finns det redan finansieringforskning - mycket pengar fördelas. Men allt detta görs naturligtvis inte på en timme. Vi behöver en vetenskaplig bas och en skola. I Ryssland, vad gäller genetik, är allt tråkigt efter Lysenkoism. Innan Lysenko var den sovjetiska skolan för genetik en av de bästa i världen. Vavilov gick till Morgan (Thomas Morgan - en av grundarna av genetik, nobelprisvinnaren - ”High Tech”), och de kommunicerade på lika villkor. Efter Lysenko förstördes allt på ett barbariskt sätt. Och sedan dess kan vi inte återhämta oss. Ja, pengar är mycket viktiga. Men det är också nödvändigt att barnen går för att studera så att utländska specialister är involverade. Och om det finns en skola kommer det att bli genomisk redigering i Ryssland.
- Hur kommer detta att påverkas av de senaste rekommendationerna om kommunikation mellan ryska och utländska forskare - att rapportera alla kontakter, praktiskt för att kommunicera, som i Sovjetunionen?
- Det här är väldigt skrämmande. Det värsta som kan göras för rysk vetenskap och döda den helt är dessa rekommendationer. Och jag förstår att det här bara är rekommendationer och att de inte behöver följas. Men människor, du vet, är rädda. Och de börjar genomföra dem proaktivt. Särskilt inte forskare, men byråkrater från vetenskapen. De kommer att börja sluta kommunicera med utländska forskare. Jag känner till historien när vetenskapliga makar från Tyskland kom till någon konferens i Ryssland under en tid, och utländska forskare kommer inte ofta till oss, och de fick inte delta i händelsen på grund av dessa krav. Vetenskapen är internationell, och du måste kommunicera och interagera med kollegor så mycket som möjligt, och då kommer det att vara bra. Jag fördömer starkt dessa krav.
Behandling av dövhet, farliga sjukdomar och läkemedelsleverans
— Den ryske genetikern Denis Rebrikovgår tillredigera genomet av embryon för par med hörselnedsättningar. Hur troligt är framgången för ett sådant experiment?
— Denis Vladimirovich tog hänsyn till alla sina misstagkinesisk kollega. Han kommer att göra hela genomet sekvensering. Och själva experimentet kommer att äga rum i en mer kontrollerad miljö, inte i semi-underjordiska förhållanden, som var fallet med Jiankui. Jag tror att framgång, i princip, ur metodisk synvinkel, är möjlig, och det visar sig att allt inte är så skrämmande, särskilt när man använder moderna metoder. Och nivån av mutation kan vara på bakgrundsnivå. När det gäller dessa sjuka barn, ja, detta är en monogen mutation, och den är dominant, det vill säga det är ganska lätt att förstöra den, vilket genetiker redan gör bra. Och faktiskt, det är det, ingenting står i vägen längre.
— Hur stämmer detta överens med rysk lagstiftning?
- När det gäller lagstiftningsaspekterna, Rebrikovdet fungerar bara på det här. Och i den meningen är det mycket intressant att veta vad som händer där. Jag skulle verkligen vilja att han skulle lyckas bryta igenom denna lagstiftande mur. Även om hans exempel och sjukdomen som han valde, enligt många av mina kollegor och mina, inte är så relevanta. Men fältet öppnar enormt, så låt det vara det första och visa ett bra resultat. Och vidare kommer det att vara möjligt att utöka "repertoaren".
- Vilka andra farliga sjukdomar kan behandlas med CRISPR / Cas?
— Naturligtvis är cystisk fibros en mycket allvarligsjukdom. Det är möjligt att använda genredigering vid behandling av Duchennes muskeldystrofi, åtminstone hos vissa patienter som har en mutation som är mer eller mindre lämplig för detta. I allmänhet finns det mer än 10 tusen monogena genetiska sjukdomar. Och här är frågan vilken metod som är bekvämare och enklare för behandling. Spinal muskelatrofi bör till exempel inte behandlas med redigering, utan helt enkelt med genersättningsterapi.
Cystisk fibros- systemisk ärftlig sjukdom,orsakad av en mutation i genen för den transmembrana regulatorn av cystisk fibros och kännetecknas av skador på de exokrina körtlarna och allvarlig dysfunktion i andningsorganen. Cystisk fibros är av särskilt intresse inte bara på grund av dess utbredda förekomst, utan också för att det var en av de första ärftliga sjukdomarna som behandlades. Cystisk fibros erkändes först som en distinkt enhet av Dorothy Andersen 1938.
Duchenne myodystrofi- orsakas av raderingar eller dubbletter av eneller flera exoner eller punktmutationer i dystrofingenen. Den huvudsakliga manifestationen är muskelsvaghet, svårighet att flytta från barndomen, som fortskrider över tiden. Döden inträffar vanligtvis under det andra eller tredje decenniet av livet. Dess genomsnittliga varaktighet är 25 år, men det finns människor som lever längre.
- När kommer forskare kunna göra detta? Vad är tidsintervallet?
– Titta, djuren behandlas redan.Det är sant, först "stympar de", naturligtvis (det vill säga, de gör modelldjur för att studera sjukdomar), och sedan behandlar de. Men allt detta kommer bara till en medveten klinik, och det varar som regel från 5 till 15 år. Och som jag förstår det, eftersom detta är ett helt nytt tillvägagångssätt, kommer de första kliniska studierna att ta väldigt lång tid. Det betyder att vi får vänta 15–20 år. Då kommer det se ut så här: kom, få diagnosen och behandlad omedelbart.
Dmitry Madera. Foto: Science Bar Hopping
- Det vill säga, det handlar inte om att redigera embryonets genom, men om behandling av vuxna?
— Båda tillvägagångssätten kommer att vara möjliga.
- Låt oss prata omgenredigeringutan dubbelbrott. Varför kunde inte forskare göra det tidigare?
"Saken är att det inte är lätt alls."När jag först läste Nature-publikationen tänkte jag "Åh, hur kom jag inte på det?" Bortsett från skämt var det mycket jobb, för från början fanns det en liknande idé, men när forskare provade det lyckades de inte. Sedan började de ändra det omvända transkriptaset, i huvudsak muterade det för att få det att fungera annorlunda. Och redan vid en viss iteration började det fungera och började producera något sådant. Det var en process som krävde mycket tid och finansiering. Därför är jag inte förvånad över att tiden gick mellan uppfinningen av helt enkelt CRISPR/Cas och tillkomsten av metoden som använder omvänt transkriptas. För det är icke-trivialt.
- Vilka möjligheter öppnar sig tack vare den här nya metoden?
- Möjligheterna är stora, för nudet visar sig att vi, med minimal risk för förekomst av målmutationer, mycket specifikt kan ändra någon gen, allel. Om vi till exempel vill etablera en punktmutation skapar du en radering eller en komplex ersättning. Detta ger oss stora möjligheter, eftersom i stort sett vanligtvis en eller två mutationer eller raderingar som uppstår är små, och de kan återställas inom 40-50 nukleotider.
Det fanns faktiskt tekniker lite tidigare -nukleotidredaktörer som helt enkelt tog och ersatte till exempel "A" med "G" eller "C" med "T". Sådana verk var och de används fortfarande, men allt är naturligtvis inte enkelt där, för det visar sig att de redigerar inte bara DNA, utan också RNA, och de säger inte att de är väldigt exakta - de redigerar inte exakt en nukleotid och hela "fönstret". Kanske kommer detta också att utvecklas till praktisk användning. Men hittills finns det många problem. Jag kom ihåg den här metoden eftersom den inte heller innebär dubbelsträngade pauser. Och det uppstod lite tidigare än de senaste studierna.
— Ingenjörer från MIT och Harvard UniversityanvändsCRISPR för att skapa ett läkemedelstillförselsystem som släpper dem endast vid ett specifikt ögonblick. Hur exakt händer detta?
- Prata specifikt om den här metoden, sedan detkärnan är att DNA är en polymer och Cas12a skär den och därmed förstör polymerstrukturen. Om DNA införlivas i hydrogelen, frigörs sedan ämnen som tidigare fixerades i hydrogeln med DNA-strängar från den. Det vill säga, här fungerar DNA helt enkelt som fysiskt material som kan sönderdelas på ett kontrollerat sätt. I allmänhet används hydrogeler på sår och andra skador när en gradvis frisättning av läkemedel från dem är nödvändig.
I princip skulle CRISPR/Cas kunna leverera någotnödvändig för en position i genomet. Det är allt han kan göra. Men den kan inte leverera medicinen in i cellen. Så det är inte helt korrekt att tala om dess användning för läkemedelstillförsel.
Men att leverera CRISPR / Cas asläkemedel i cellen; leveransmetoder behövs. Och de finns - de kan vara virala och icke-virala. Virus har naturligtvis utvecklats under hela sin historia för att leverera vissa genetiska material till cellen. De multiplicerar så. Och icke-virala metoder är helt enkelt kemiska metoder, när vissa bärare skapas innehållande inne i sig nukleinsyramolekyler, inte nödvändigtvis DNA, förresten, det kan till och med vara RNA eller protein. Vanligtvis är det några droppar fett som skyddar vad de måste leverera från nukleaser och proteaser, och antikroppar kan också hängas på dem för att ge dem specificitet för en viss cell. Och dessa lipofila komplex levererar läkemedel till cellen. Och det finns verk relaterade till komplexa polymerer eller guld-nanopartiklar, som, som en kanon, sviddceller, de flyger in i dem och levererar sitt innehåll, till exempel en genomisk kanon.
- Är det möjligt att avsevärt förlänga en persons liv tack vare genredigering? Hur mycket kan detta göras och vilka sjukdomar behöver botas på detta sätt?
- Komplext problem.Faktum är att det finns mutationer som hos djur orsakar en viss förlängning av livet, en avmattning i åldrandet. De är vanligtvis förknippade med DNA-reparationssystemet. På många sätt är åldrandet en konsekvens av ackumuleringen av slumpmässiga fel som leder till aktiveringen av retrovirala element, och som ett resultat regleras genomet inte och börjar arbeta mot sin värd. Det finns en poäng här, vi vet inte hur det kommer att fungera hos människor. Tyvärr, och detta kom som en stor överraskning, är mekanismerna för åldrande och skydd mot det mycket artspecifika. Och för människor visar sig samma möss inte vara en helt adekvat modell. Och ju mer adekvat modellen är och ju längre den lever, desto svårare är det att arbeta med den. Till exempel samma SIRT6 - i långlivade arter är det en, och i kortlivade arter är det annorlunda, det finns en tydlig korrelation. Det verkade som att ta och sätta in SIRT6 från en elefant till en person. Eller flera kopior av humant SIRT6 (genen som kodar för sirtuin-6-proteinet hjälper till att korrigera DNA-skador - dubbelsträngbrott och substitutioner i genetiska nukleotidbokstäver - Hi-Tech). Detta kanske fungerar, eller så kanske det inte. Det finns en sådan möjlighet, och självklart skulle jag försöka. Men om vi pratar om att förlänga livet, så behöver vi troligen redigera gener som är associerade med DNA-reparation. Men idag, för en sådan organism som person, är detta bara en hypotes.