Dmitry Madera, BIOCAD Moleküler Genetik Bölüm Başkanı, SPCFU Kıdemli Öğretim Üyesi, Ph.D.
2002 yılında Moskova Devlet Üniversitesi Biyoloji Fakültesi'nden mezun oldu.genetik alanında uzmanlık. Massachusetts Üniversitesi'nde fonksiyon ve gen ifadesi çalışma programı üzerine Biyoloji Felsefe Doktoru derecesi için tezini savundu, daha sonra Ulusal Sağlık Enstitüsünde çalıştı, kanserin gelişiminin moleküler yönlerini ve bunları nasıl etkileyeceğini inceledi. 2015 yılında BIOCAD'ın moleküler genetik laboratuvarına başkanlık etti ve o zamandan beri gen terapisi ürünlerinin geliştirilmesinde görev aldı. Cas9 ailesinin yeni bir nükleazını ve kanser gelişimi alanındaki makaleleri tanımlayan uluslararası bir patentin yazarı.
Jiankui deneyi, doğan kızlarda onkoloji riski ve mutasyonları hedefliyor
İki embriyonun genomunu düzenleyen Çinli biyofizikçi He Jiankui'nin deneyi hakkında ne düşünüyorsunuz?Uzmaniddiadoğan kızların mutasyonları olabilir. Bundan nasıl kaçınılır?— Orijinal kaynağı (MIT — Hi-Tech çalışması) ve genetikçi Fyodor Urnov'un yorumunu inceledikten sonra, medyanın biraz çarpıtıldığını fark ettimEvet, kızların mutasyona uğrama olasılığı daha yüksektir.Bu, tam olarak nerede ortaya çıkacakları bilinmeyen mutasyonları ifade eder.Ve şimdi CRISPR / Cas9'dan kaynaklanan rastgele mutasyonların tam olarak nerede ortaya çıktığını belirlemek zor.Bunu yapmak için, kızların ebeveynleri ile bir karşılaştırma yapmanız gerekir.
Biçimsel olarak, bu doğru bir ifadedir: gerçekten ofhtargeted mutasyonlar olabilir ve bu konuda yapabileceğiniz hiçbir şey yoktur.Ve mevcut gen düzenleme yöntemleri bunu engellemiyor.tehlikeli olmak.
2018'in sonunda Çinli bilim adamı He JiankuiHIV'e karşı doğal bağışıklığı olan genetik olarak değiştirilmiş ikiz kızlar yaratabileceğini açıkladı. IVF uygulanan çiftlerin embriyolarını düzenlediğini ve yedi denemeden birinin başarılı olduğunu söyledi. Deney, insan genetik koduna müdahale etiği hakkında yeni bir tartışma dalgasını tetikledi.
Ancak Fedor Urnov, kurgu uzmanıCalifornia Üniversitesi'nin genomu, MIT Technology Review ile yaptığı bir röportajda şunları kaydetti: “Hakim CCR5'i yeniden ürettiği iddiası açık bir yanlış beyan” ve yalnızca “kasıtlı yanlış beyan” olarak tanımlanabileceğini ekledi.
MIT tarafından yapılan yeni bir araştırma, bilim adamlarınınCCR5'in geçerli sürümünü çoğaltmayı başardılar. Takım doğru geni hedeflemesine rağmen, araştırmacılar Delta 32'nin istenen varyasyonunu kopyalamadılar, bunun yerine etkisi mutasyona neden olabilen net olmayan yeni baskılar yarattılar.
He Jiankui'nin CCR5 genini mutasyona uğratamadığını iddia edin (izin veren gen)Gerçekten de amacına ulaştı ve CCR5 gerçekten mutasyona uğradı ve artık çalışmıyor, bu da HIV'in insan hücrelerini enfekte edemeyeceği anlamına geliyor.Evet, görünüşe göre insan popülasyonlarında bulunan belirli bir doğal aleli kopyalayamadı, ancak yine de CCR5 "nakavt edildi" ve çalışmıyor, bu da Jiankui'nin minimum hedefe ulaştığı anlamına geliyor.
Hedef dışı mutasyonları önlemek için,doğruluklarını artırmak için genomu düzenleme yöntemlerini geliştirmek gerekir. Böylece, gelecekte, mutasyon riskini arka plan seviyesine düşürmek ve daha sonra mutasyonların doğal olarak meydana gelmesi gerçeğini sakinleştirmek mümkün olacaktır. Dedikleri gibi, Papa'dan daha kutsal olmak gerekli değildir.
- Yani, bu kızlar büyüdüğünde, Jiankui'nin eylemleri sonucunda hangi mutasyonları olduğunu tam olarak anlamak gerçekçi olmayacak mı?
- Özellikle CCR5 hakkında konuşmak, elbette,mümkün. Ve tüm genom için - prensip olarak, şimdi babalarının ve annelerinin genetik materyalini alıp kendileriyle karşılaştırırsanız mümkündür. Daha sonra ebeveynlerin hangi seçeneklere sahip olduğu ve kızların genomunda mevcut olanlardan hangisinin anne veya babanın olmadığı netleşecektir. Başka bir şey, CRISPR / Cas sonucunda hangi mutasyonların ortaya çıktığını ve hangisinin rastgele olduğunu bulmak imkansız olacaktır. Bu mutasyonların sıklığını sadece karşılaştırabilirsiniz: doğumda kaç normal mutasyon meydana gelir ve bu kızlardan kaç tanesi vardır. Daha fazla bir büyüklük sırası olacaksa, her şey açıktır.
CRISPR/Cas9 genom düzenleme teknolojisi, daha önce tedavi edilemez olduğu düşünülen binlerce kalıtsal hastalığı ortadan kaldırma potansiyeline sahiptir.
Bir gen aracı arasındaki ana farkCRISPR / Cas9'u diğer yeterince uzun mevcut yöntemlerden düzenlemek - bu, yönlü DNA değişiklikleri olasılığıdır. CRISPR / Cas9, DNA dizisini spesifik olarak etkilemenize ve hatta kırık geni doğru olana değiştirmenize izin verir. Bunu yapmak için, özel bir enzim, nükleaz, genomda doğru yerde bir boşluk oluşturur, bundan sonra onarım sistemi etkinleştirilir - genomu restore etmek için hücrenin iç mekanizmaları. Bu durumda, DNA, kırılma yerinde, kural olarak, sıradaki birkaç harfin kaybolmasına veya eklenmesine ve mutasyonların ortaya çıkmasına neden olan rastgele hatalarla onarılır. Bu nedenle, komşu genomlarda istenen sekansın bir örneğini arar. Teknolojiye göre, hücre bu diziyi özel DNA fragmanlarında bulmalıdır. Genetikleri, onu almak ve bağımsız olarak kendi içine sokmak için hücreye dahil edildi. Bununla birlikte, yırtılma bölgesinde rastgele mutasyonlar, numune boyunca yönlendirilmiş onarımdan çok daha sık görülür.
Başka bir soru, Konstantin Severinov (moleküler biyoloji ve CRISPR / Cas – Hitech alanında bir Rus uzmanı) bir keresinde, orada tamamen korkunç bir şey olsaydı, kızların embriyogenez aşamasında hayatta kalamayacaklarına dair ilginç bir fikir dile getirdi.Büyük olasılıkla, genomları hakkında temel hiçbir şey etkilenmedi.Beni korkutan tek şey onkoloji.benzer hastalıklar.
- Neden? Onkoloji, insan genomunun düzenlenmesi sonucunda daha olası hale geliyor mu?
Kanserin nedenlerine bir göz atalım.Üç tane var: kalıtsal mutasyonlar, yani taşıyan özel alellerAngelina Jolie gibi kanser riskinin artma olasılığı; viral nedenler – örneğin insan papilloma virüsü; ve rastgele mutasyonlar.Çin deneyindeki kızlarda ikinci tip mutasyonların ortaya çıkmasından korkuyorum, özellikle de yüksek bir mutasyon sıklığı varsa.Bu durumda, herhangi bir tümör oluşma olasılığı sıfırdan farklıdır.
Dmitriy Madera'nın fotoğrafı. Fotoğraf: Bilim Çubuğu Atlamalı
İnsan genomu, önde gelen ülkeler ve Rus genetiğinin kaderi nasıl düzenlenir
- Bu tür deneyleri hayvanlarla yapmak ne kadar kolay?
— Her hayvanın genomunu düzenlemek içinkendi protokolünüze ihtiyacınız var. Farklı protokoller kullanarak bir fareyi veya ineği düzenlemeniz gerekir. Ve insan da, diğer hayvanlar gibi, genomunu en etkili şekilde düzenleyebilmek için, kendisinin geliştirilmesine ihtiyaç duyar. Dolayısıyla bir insanı düzenlemenin bir ineği düzenlemeden daha zor olduğu söylenemez. Bunu bir fare veya sıçandan farklı bir şekilde yapmanız yeterlidir. Ancak yaklaşımlar aynı kalıyor. Bizde çok farklı bir şey yok.
- Yanisorun sadece etik ve yasalar alanında mı? Ve karar verilirse, daha fazla deney olur muydu?
- Şüphesiz.Ve aslında oldukça fazla deney var. Konferanslara gidiyorum ve sıklıkla meslektaşlarımla buluşuyorum. Örneğin Oregon Üniversitesi, insan genomunun düzenlenmesi ve embriyoların büyütülmesi konusunda mükemmel deneyler yürütüyor. Daha sonra belirli bir erken aşamada yok edilirler. Bu tür deneyler yasak değildir. Aslında tek sınırlama embriyonun implantasyonu ve doğuma kadar yetiştirilmesidir.
- Bugün insan genomunu düzenleme konusunda araştırma yapan hangi ülkeler lider?
— Artık herkesle aralarında böyle iki lider vargeri kalanı mutlak bir uçurumdur. Bunlar ABD ve Çin. Araştırmalarında hiç kimse daha da yakın değil, dünyanın geri kalanından o kadar uzaktalar ki.
- Finansman veya bilimsel temel ile bağlantılı mı?
- Her ikisiyle de.Çin araştırmaya çok para yatırıyor, hükümetleri bu konuda çok endişeli. Ve eğer daha önce sadece teknolojiyi kopyalıyorlarsa, şimdi Çinli bilim adamları ilginç şeyler yapıyorlar. Ve ABD'de çok güçlü bir bilimsel temel var. Aslında bu kadar CRISPR/Cas nerede keşfedildi Bu yöntemi bulanların çoğu Jennifer Doudna dışında Çinli ama ABD'de çalışıyorlar. Dolayısıyla iki ülke arasında böyle bir sinerji oluştu.
— Rusya'nın bu alanda gelişmesini engelleyen nedir? Başkan bileO belirttiGenetik yönündeki araştırmaların önceliği hakkında.
- Bunu söyleyeceğim, bugün zaten finansman vararaştırma - çok para tahsis edilir. Ancak, elbette, tüm bunlar bir saat içinde yapılmaz. Bilimsel bir tabana ve okula ihtiyacımız var. Rusya'da, genetik açısından, Lysenkoism'den sonra her şey üzücü. Lysenko'dan önce, Sovyet genetik okulu dünyanın en iyilerinden biriydi. Vavilov Morgan'a gitti (Thomas Morgan - genetiğin kurucularından biri, Nobel Ödülü sahibi - “High Tech”) ve eşit şartlarda iletişim kurdular. Lysenko'dan sonra her şey barbarca bir şekilde yok edildi. Ve o zamandan beri iyileşemeyiz. Evet, para çok önemlidir. Ancak, yabancı uzmanların dahil olması için çocukların çalışmaya gitmesi de gereklidir. Ve eğer bir okul varsa, Rusya'da genomik düzenleme olacak.
- Bu, Sovyetler Birliği'nde olduğu gibi, tüm temasları rapor etmek, pratik iletişim kurmak için Rus ve yabancı bilim adamları arasındaki iletişim hakkındaki son önerilerden nasıl etkilenecek?
- Bu çok korkutucu. Rus bilimi için yapılabilecek ve onu tamamen öldürecek en kötü şey bu önerilerdir. Ve bunların sadece öneri olduğunu ve takip edilmesi gerekmediğini anlıyorum. Fakat insanlar, bilirsiniz, korkarlar. Ve onları proaktif olarak yapmaya başlarlar. Özellikle bilim adamları değil, bilim bürokratları. Yabancı bilim adamları ile iletişim kurmayı bırakmaya başlayacaklar. Almanya'dan bilimsel eşlerin bir süredir Rusya'da bir konferansa geldiği ve yabancı bilim adamlarının bize sık sık gelmedikleri ve bu gereksinimler nedeniyle etkinliğe izin verilmediği hikayesini biliyorum. Bilim uluslararasıdır ve meslektaşlarınızla mümkün olduğunca iletişim kurmanız ve etkileşim kurmanız gerekir ve o zaman iyi olacaktır. Bu gereksinimleri şiddetle kınıyorum.
Sağırlığın, tehlikeli hastalıkların ve ilaç dağıtımının tedavisi
— Rus genetikçi Denis Rebrikovgidiyorişitme engelli çiftler için embriyo genomunu düzenleyin. Böyle bir deneyin başarısı ne kadar muhtemeldir?
— Denis Vladimirovich tüm hatalarını hesaba kattıÇinli meslektaşım. Tüm genom dizilimini yapacak. Ve deneyin kendisi, Jiankui'de olduğu gibi yarı yeraltı koşullarında değil, daha kontrollü bir ortamda gerçekleşecek. Prensip olarak metodolojik açıdan başarının mümkün olduğunu düşünüyorum ve özellikle modern yöntemler kullanıldığında her şeyin o kadar da korkutucu olmadığı ortaya çıkıyor. Ve mutasyon düzeyi arka planda olabilir. Bu hasta çocuklara gelince, evet bu monogenik bir mutasyon ve baskın, yani onu yok etmek oldukça kolay ki genetikçiler bunu zaten iyi yapıyor. Ve aslında, işte bu kadar, hiçbir şey bunun önünde duramaz.
— Bu Rus mevzuatına nasıl uyuyor?
- Yasama ile ilgili olarak, Rebrikovsadece bunun üzerinde çalışıyor. Ve bu anlamda, orada ne olduğunu bilmek çok ilginç. Gerçekten bu yasama duvarını kırmayı başarabilmesini istiyorum. Örneği ve seçtiği hastalık, meslektaşlarımın ve benimkinin görüşüne göre, o kadar alakalı değil. Ancak alan çok büyük açılıyor, bu yüzden ilk olalım ve iyi bir sonuç gösterin. Ve ayrıca "repertuar" ı genişletmek mümkün olacak.
- CRISPR / Cas ile başka hangi tehlikeli hastalıklar tedavi edilebilir?
— Elbette kistik fibroz çok ciddi bir hastalıkhastalık. Duchenne kas distrofisinin tedavisinde, en azından buna az çok uygun mutasyona sahip bazı hastalarda gen düzenlemeyi kullanmak mümkün. Genel olarak 10 binden fazla monogenik genetik hastalık vardır ve burada hangi yöntemin tedavisi daha uygun ve daha basittir sorusu ortaya çıkıyor. Örneğin, spinal müsküler atrofi düzenlemeyle değil, sadece gen replasman tedavisiyle tedavi edilmelidir.
Kistik fibroz- sistemik kalıtsal hastalık,Kistik fibrozun transmembran düzenleyici genindeki bir mutasyondan kaynaklanır ve ekzokrin bezlerinde hasar ve solunum organlarında ciddi fonksiyon bozukluğu ile karakterize edilir. Kistik fibroz, yalnızca yaygın yaygınlığı nedeniyle değil, aynı zamanda tedavi edilen ilk kalıtsal hastalıklardan biri olması nedeniyle de özellikle ilgi çekicidir. Kistik fibrozis ayrı bir hastalık olarak ilk kez 1938'de Dorothy Andersen tarafından fark edildi.
Duchenne miyodistrofi- birinin silinmesi veya çoğaltılmasından kaynaklananveya distrofin genindeki birkaç ekzon veya nokta mutasyonu. Ana tezahür, zamanla ilerleyen kas zayıflığı, çocukluktan itibaren hareket etme zorluğudur. Ölüm genellikle yaşamın ikinci veya üçüncü on yılında meydana gelir. Ortalama süresi 25 yıl ama daha uzun yaşayanlar da var.
- Bilim adamları bunu ne zaman yapabilirler? Zaman aralığı nedir?
- Bakın hayvanlar zaten tedavi ediliyor.Doğru, önce elbette "sakatlıyorlar" (yani hastalıkları incelemek için model hayvanlar yapıyorlar) ve sonra tedavi ediyorlar. Ancak tüm bunlar yalnızca bilinçli bir kliniğe gelir ve kural olarak 5 ila 15 yıl sürer. Ve anladığım kadarıyla bu tamamen yeni bir yaklaşım olduğu için ilk klinik çalışmalar çok uzun zaman alacak. Bu da 15-20 yıl beklememiz gerektiği anlamına geliyor. O zaman şöyle görünecek: gelin, hemen teşhis ve tedavi olun.
Dmitry Madera. Fotoğraf: Science Bar Atlamalı
- Yani, embriyoların genomunu düzenlemek değil, yetişkinlerin tedavisi hakkında mı?
— Her iki yaklaşım da mümkün olacaktır.
- Hadi hakkında konuşalımgen düzenlemeçift kırılmadan. Bilim insanları bunu neden daha önce yapamadı?
“Mesele şu ki, bu hiç de kolay değil.”Nature yayınını ilk okuduğumda “Ah, bunu nasıl düşünemedim?” diye düşündüm. Şaka bir yana, çok fazla iş vardı çünkü başlangıçta benzer bir fikir vardı, ancak bilim adamları bunu denediğinde başarılı olamadılar. Daha sonra ters transkriptazı değiştirmeye başladılar; aslında onu farklı çalışacak şekilde mutasyona uğrattılar. Ve belli bir yinelemeden sonra çalışmaya başladı ve buna benzer bir şey üretmeye başladı. Çok zaman ve para gerektiren bir süreçti. Bu nedenle, basit CRISPR/Cas'ın icadı ile ters transkriptaz kullanan yöntemin ortaya çıkışı arasında geçen süreye şaşırmadım. Çünkü önemsiz değil.
- Bu yeni yöntem sayesinde hangi fırsatlar açılıyor?
- Fırsatlar harika, çünkü şimdiofset mutasyonların ortaya çıkma riski minimum olduğunda, çok spesifik olarak herhangi bir geni, aleli değiştirebileceğimiz ortaya çıkıyor. Örneğin, bir nokta mutasyonu oluşturmak istiyorsak, bir silme veya karmaşık bir değiştirme oluşturun. Bu bize büyük fırsatlar sunuyor, çünkü genellikle, ortaya çıkan bir veya iki mutasyon veya silme küçüktür ve 40-50 nükleotit içinde geri yüklenebilir.
Aslında, biraz önce teknolojiler vardı -basitçe alıp değiştiren nükleotit editörleri, örneğin, “A” ile “G” veya “C” ile “T”. Bu tür çalışmalar yapıldı ve hala kullanılıyorlar, ancak elbette her şey basit değil, çünkü sadece DNA'yı değil, aynı zamanda RNA'yı da düzenledikleri ortaya çıkıyor ve çok doğru olduklarını söylemiyorlar - tam olarak düzenlemiyorlar bir nükleotid ve bütün "pencere". Belki bu daha sonra pratik kullanıma dönüşecektir. Ancak şu ana kadar birçok sorun var. Bu yöntemi hatırladım çünkü çift sarmallı kopmalar da içermiyor. Ve bu son çalışmalardan biraz daha erken ortaya çıktı.
— MIT ve Harvard Üniversitelerinden mühendislerkullanılanCRISPR, onları yalnızca belirli bir anda serbest bırakan bir ilaç dağıtım sistemi oluşturacak. Bu tam olarak nasıl oluyor?
- Özellikle bu yöntem hakkında konuşmak,özü DNA'nın bir polimer olmasıdır ve Cas12a onu keser, böylece polimer yapısını tahrip eder. DNA hidrojele dahil edilirse, daha önce hidrojel içine DNA iplikçikleri ile sabitlenmiş maddeler daha sonra ondan serbest bırakılır. Yani burada DNA, kontrollü bir şekilde ayrıştırılabilecek fiziksel bir malzeme gibi davranır. Genel olarak, hidrojeller, onlardan ilaçların kademeli olarak serbest bırakılması gerektiğinde yaralarda ve diğer yaralanmalarda kullanılır.
Prensip olarak CRISPR/Cas bir şeyler sunabilirgenomdaki bir pozisyon için gereklidir. Yapabileceği tek şey bu. Ancak ilacı hücreye ulaştıramaz. Dolayısıyla ilaç dağıtımı için kullanımından bahsetmek tamamen doğru değil.
Ama CRISPR / Cas'uhücreye ilaç verme, verme yöntemlerine ihtiyaç vardır. Ve varlar - viral ve viral olmayan olabilirler. Kuşkusuz virüsler, belirli genetik materyalleri hücreye ulaştırmak için tarih boyunca gelişti. Onlar çoğalırlar. Ve viral olmayan yöntemler basitçe kimyasal yöntemlerdir, kendi içinde nükleik asit molekülleri içeren bazı taşıyıcılar oluşturulduğunda, mutlaka DNA değil, bu arada, RNA veya protein bile olabilir. Genellikle nükleazlardan ve proteazlardan vermeleri gerekenleri koruyan bazı yağ damlacıklarıdır ve antikorlar, belirli bir hücre için özgüllük sağlamak için üzerlerine de asılabilir. Ve bu lipofilik kompleksler hücreye ilaç verir. Ve bir top gibi, kavurucu hücreler gibi, onlara uçup genomik top gibi içeriklerini teslim eden karmaşık polimerler veya altın nanopartiküller ile ilgili çalışmalar var.
- Gen düzenleme sayesinde bir kişinin hayatını önemli ölçüde uzatmak mümkün müdür? Bu ne kadar yapılabilir ve hangi hastalıkların bu şekilde tedavi edilmesi gerekir?
- Karışık mevzu.Gerçek şu ki, hayvanlarda belirli bir yaşam uzamasına, yaşlanmanın yavaşlamasına neden olan mutasyonlar var. Genellikle DNA onarım sistemi ile ilişkilidirler. Yaşlanma birçok açıdan retroviral elementlerin aktivasyonuna yol açan rastgele hataların birikmesinin bir sonucudur ve bunun sonucunda genom düzenlenmez ve konakçıya karşı çalışmaya başlar. Burada bir nokta var, insanlarda nasıl çalışacağını bilmiyoruz. Ne yazık ki, ki bu büyük bir sürpriz oldu, yaşlanma ve buna karşı korunma mekanizmaları oldukça türe özgüdür. Ve insanlar için aynı farelerin tamamen yeterli bir model olmadığı ortaya çıktı. Model ne kadar yeterliyse ve ne kadar uzun ömürlü olursa, onunla çalışmak da o kadar zor olur. Örneğin, aynı SIRT6 - uzun ömürlü türlerde birdir ve kısa ömürlü türlerde farklıdır, açık bir korelasyon vardır. Görünüşe göre SIRT6'yı bir filden bir insana alıp yerleştiriyorduk. Veya insan SIRT6'sının birkaç kopyası (sirtuin-6 proteinini kodlayan gen, DNA hasarını düzeltmeye yardımcı olur - genetik nükleotid harflerindeki çift iplik kopmaları ve ikameler - Yüksek Teknoloji). Bu işe yarayabilir de yaramayabilir de. Böyle bir ihtimal var ve elbette deneyeceğim. Ancak ömrü uzatmaktan bahsediyorsak, büyük olasılıkla DNA onarımıyla ilişkili genleri düzenlememiz gerekecek. Ancak bugün insan gibi bir organizma için bu yalnızca bir hipotezdir.