Текст книги "Человек редактированный, или Биомедицина будущего"

Автор книги: Сергей Киселев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 12 страниц)

Наследуемое редактирование генома человека: фантастика или факт?

Наследственность из пробирки

С самого начала книги, подготавливая читателя, мы рассказывали о манипуляциях с геномом человека, которые чаще всего проводились in vitro. Такой подход давно уже никого не удивляет; сегодня существуют и применяются многие продукты, сделанные в лабораторных условиях на основе ДНК человека, то есть его генов. Мы можем производить лекарственные белки – инсулин, интерлейкины, интерфероны. Сегодня широко распространены антитела, с помощью которых лечат онкологические, аутоиммунные, даже вирусные заболевания. И все это делается благодаря генам человека, с которыми ученые работают вне его тела, – в пробирке или в других организмах.

Следующим этапом в развитии биомедицины стала работа с генами человека непосредственно в клетках, находящихся внутри организма. Появилось такое медицинское направление, как генная терапия, позволяющая (если человек родился с каким-то генетическим заболеванием) вводить в соматические клетки нормальную, функционирующую копию поврежденного гена и тем самым восстанавливать его утраченную функцию. Мы рассматривали эту возможность на примере заболеваний сетчатки глаза и болезней, связанных с иммунной системой.

Особенность нынешнего этапа развития геномного редактирования, которому посвящена эта глава, состоит в том, что описанные в ней модификации производятся уже не с соматическими клетками, а с клетками зародышевого пути – по сути, бессмертными! Сейчас объясню, почему это так.

Когда появляется новый организм, то на самых ранних этапах его эмбрионального развития большинство клеток начинает формировать наше тело – сому. Однако небольшая часть клеток отделяется, и из них закладываются клетки зародышевого пути. У мужских особей эти клетки продуцируют сперматозоиды, у женских – яйцеклетки. Но их главное отличие от соматических состоит в том, что заключенная в них генетическая информация обо всем организме, несмотря на предстоящую неизбежную гибель нашего, увы, смертного тела, бессмертна, потому что она наследуется, то есть передается нашему потомству. И сами клетки зародышевого пути – гаметы – в определенном смысле оказываются бессмертными.

Целью генетической модификации, на которую впервые в мире решился китайский ученый Хэ Цзянькуй, было проведение геномного редактирования – именно в гаметах, чтобы потом эти изменения естественным образом наследовались в ряду поколений человека.

В предыдущей главе мы тоже обращались к наследованию, но там все-таки речь шла об обезьянках. А Хэ Цзянькуй сделал свой большой шаг в технологии геномного редактирования, чтобы изменить наследуемую генетическую информацию человека.

Научные открытия или заблуждения?

Считается, что наука – это поиск истины. Тем не менее научные события часто развиваются по детективному сценарию, и многое происходит под покровом тайны. И дело не только в трудностях исследований, но и в природе самого человека, занятого научным поиском. Ученые хотят быть первыми и во многих случаях не спешат раскрывать подробности своей работы.

Поэтому время от времени возникают проблемы и даже скандалы с исследованиями ученых. В частности, одним из наиболее известных стал так называемый хвангейт – скандал, связанный с терапевтическим клонированием человека. Случился он в 2005—2006 годах, когда южнокорейский ученый Хван У Сок, который заявлял, что клонировал человека, был обвинен в фальсификации результатов, и это подтвердилось.

Другой известный скандал в области клеточных генетических технологий, произошедший в 2014 году, связан с именем японской исследовательницы Харуко Обоката. Она опубликовала в авторитетных научных журналах статьи о том, что разработала удивительно простые методы репрограммирования соматических клеток человека. Однако через полгода ей пришлось отозвать статьи, опубликованные в журнале Nature, потому что данные оказались подделанными. Скандал завершился трагедией: известный японский ученый Йошики Сасаи, директор Центра биологии развития RIKEN и соавтор статей Харуко Обоката, после признания их фальсификацией покончил жизнь самоубийством.

Зачем эти люди фальсифицировали результаты? Вопрос сложный. Даже Шухрат Миталипов, официально признанный первым человеком в мире, кто совершил терапевтическое клонирование человека, допустил промах. В его статье, опубликованной в высокорейтинговом международном журнале Cell, были обнаружены материалы, которые оказались ошибочными. И он тогда признал свою неправоту. Из его объяснений следовало, что фотографический материал, который приводился в этой статье в качестве доказательств, к сожалению, попал туда случайно, по ошибке – вместо другого, правильного. Теперь уже ученый предоставил журналу «правильные» фотографии и с надлежащими извинениями уверил научную общественность, что, несмотря на допущенную ошибку в публикации промежуточных результатов, конечный результат, тем не менее, остается верным.

ЧЕГО НЕ СДЕЛАЕШЬ РАДИ РЕЗУЛЬТАТА

Когда южнокорейский ученый Хван У Сок в 2004 году опубликовал в журнале Science свою первую статью о клонировании человека, он был признан национальным героем Южной Кореи. На него посыпались почести, ему выделялись сотни миллионов долларов на продолжение исследований. В 2005 году вышла его вторая работа; в ней Хван У Сок говорил о том, что для неких пациентов, страдающих тяжелыми заболеваниями, ему удалось получить персонифицированные линии клонированных клеток, и теперь специально для них можно вырастить новые клетки, чтобы вылечить этих пациентов. Понятно, что речь шла об открытии, имеющем колоссальный потенциал! Однако в декабре 2005 года бывший коллега южнокорейского ученого опубликовал в интернете небольшой пост о том, что на самом деле фотографии уникальных стволовых клеток, которые иллюстрировали его работу, – снимки одной и той же клетки, но сделанные в разных ракурсах, чтобы подтвердить желаемый результат. Было проведено и журналистское, и научное расследования. В январе 2006 года независимая экспертная группа Сеульского университета сообщила окончательные результаты проверки работ лаборатории Хван У Сока. Оказалось, что все результаты, связанные с клонированием человеческих клеток, подделаны. Фальшивкой признано и создание первой в мире линии человеческих стволовых клеток от клонированного эмбриона, и получение персонифицированных культур стволовых клеток. Вопреки южнокорейским законам, Хван У Сок закупил более тысячи донорских яйцеклеток на черном рынке. Но самым серьезным обвинением, предъявленным ученому, было то, что он, пользуясь служебным положением, склонял к донорству яйцеклеток и своих сотрудниц.

Здесь надо пояснить, что эффективность клонирования очень невысока, особенно для крупных животных. Шухрат Миталипов в 2007 году, проводя клонирование обезьянок, использовал порядка полутора сотен яйцеклеток, чтобы получить две-три клонированные линии клеток. То есть для получения одной клонированной линии требуется не менее сотни яйцеклеток. Но у женщин в норме выходит ежемесячно одна яйцеклетка. И лишь при искусственной овуляции, производимой по технологии экстракорпорального оплодотворения, может выйти около десятка яйцеклеток. Но это достигается только путем применения гормона по медицинским показаниям и под наблюдением врача, потому что действие этого гормона не так уж безобидно, может иметь побочные последствия и должно быть обосновано.

Как ни странно, в результате разоблачения Хван У Сок почти не пострадал. Он был уволен из Сеульского национального университета и основал крупнейшую фирму по клонированию животных, в частности собак. Именно он со своей группой в 2005 году впервые в мире клонировал собаку, а позже – корову, свинью и кошку. Его фирма работает также над межвидовым клонированием (в 2011 году они клонировали койота на основе собаки) и клонированием исчезающих видов животных, например красного волка. А в 2012 году Хван У Сок заключил соглашение с Северо-Восточным федеральным университетом Республики Саха (Якутия) о намерении клонировать сибирского мамонта – это его давняя мечта. Теоретически такое клонирование возможно, хотя имеющиеся сегодня технологии не позволяют этого сделать. Поэтому пока вместо мамонта корейский ученый привез в Якутию трех клонированных полицейских собак. Так что главная работа еще впереди!

Полна подделок история разработки современных средств из области регенеративной медицины. Так, в конце 2018 года было окончательно завершено расследование двух очень интересных дел о фальсификации, заведенных на известных ученых.

Итальянский ученый Паоло Маккиарини, талантливейший торакальный (от слова торакс – грудная клетка) хирург, прославился среди прочего тем, что получил мегагрант Правительства РФ. О том, как трудно было Паоло Маккиарини получить этот мегагрант, предназначенный для поддержки важнейших научных исследований в России, рассказано в книжке Елены Кокуриной «Мегагрант». Целью работы, которая выполнялась в Краснодаре, была пересадка человеку искусственной трахеи.

Маккиарини приезжал в Россию несколько раз еще до получения мегагранта и сумел заинтересовать своей работой научные круги нашей страны. В то время он занимал одну из лидирующих позиций в Каролинском институте в Швеции, публиковал свои статьи в международном высокорейтинговом медицинском журнале The Lancet и в ряде других изданий. В этих статьях говорилось о том, что автор выращивает вне организма трахею, а потом пересаживает эту искусственно выращенную трахею пациентам, которые в этом нуждаются.

Закончилась эта история грандиозным скандалом. За рубежом было проведено журналистское расследование, и оказалось, что на самом деле все пациенты Маккиарини умерли. Он действительно проводил эти операции, но после них никто из пациентов с пересаженной трахеей долго не жил.

Статьи Маккиарини были отозваны. Каролинский институт в Швеции, где ученый работал последние годы перед разоблачением, отказался от его услуг. Мало этого, пострадали также декан факультета, где работал Маккиарини, и еще несколько ученых этого института – за то, что приняли на работу человека, занимавшегося подобными делами, и длительное время одобряли его деятельность. Все они входили в Нобелевский комитет – участвовали в присуждении премий по физиологии и медицине, а также по химии. Двое или трое из этих ученых были вынуждены не только покинуть Каролинский институт, но и выйти из Нобелевского комитета. В результате даже возникла проблема присуждения Нобелевской премии за 2017 год, поскольку пришлось срочно искать новых членов Нобелевского комитета.

Другая скандальная история связана с именем американского ученого Пьеро Анверса. Он приобрел известность в начале 2000-х годов, когда начал публиковать свои работы об открытии им популяции стволовых клеток сердца. В одной из его статей сказано, что благодаря этим клеткам сердечная мышца у взрослых людей обновляется примерно на семь процентов в год. Понятно, что стволовые клетки сердца стали бы «золотой жилой» для медицины, поскольку сердечно-сосудистые заболевания, и особенно инфаркт сердца, при котором разрушается сердечная мышца, – это наиболее массовая патология и одна из главных причин смертности. Если бы действительно удалось найти стволовую клетку, из которой получается кардиомиоцит (клетка мышцы сердца), то это открытие осчастливило бы не менее тридцати процентов человечества. А Пьеро Анверса обнаружил эту клетку еще в начале 2000-х и на протяжении добрых пятнадцати лет публиковал результаты, даже провел несколько клинических исследований с использованием стволовых клеток на пациентах с заболеваниями сердца.

Результаты, полученные Пьеро Анверса, неоднократно пытались воспроизвести в других лабораториях, но чаще всего безуспешно. В 2014 году началось расследование; в ряде работ ученого были обнаружены нестыковки, неточности в иллюстрациях, а в заявках на финансирование – сфальсифицированные данные. В результате расследования Гарвардский университет, в котором Пьеро Анверса занимал профессорскую должность, был оштрафован на десять миллионов долларов Национальными институтами здоровья США. От него просто потребовали вернуть полученные гранты.

Расследование окончательно завершилось в 2018 году. Открытие стволовых клеток сердца многие критики ученого признали фальсификацией, не заслуживающей траты времени и средств на продолжение этой работы. Более тридцати публикаций Пьеро Анверса с коллегами, сделанных за эти годы в научных журналах, были отозваны.

ВСПОМНИМ ОВЕЧКУ ДОЛЛИ

Захватывающие истории, которыми полна наука, нередко заканчиваются трагически; сегодня это отчасти связано и с тем, что наука стала большим бизнесом, который подразумевает большие деньги, большой рынок и, конечно, рекламу. А интрига обычно создается журналистами – прежде всего научными журналистами в содружестве с крупными научными изданиями. Происходит это так. Авторитетные международные научные издания – Science, Nature, Cell, The Lancet и т. п. – постоянно собирают, точнее, получают сведения о наиболее интересных научных исследованиях, результаты которых готовятся к публикации. Вспомним хотя бы первое клонированное животное – овечку Долли. Она была рождена в середине 1996 года, и вскоре в журнал Nature пришло сообщение о том, что авторы планируют в феврале 1997 года прислать об этой работе подробную статью. Действительно, 21 февраля 1997 года редакция журнала Nature получила материалы об овечке Долли и стала готовить публикацию в следующий номер журнала, который должен был выйти 27 февраля. Тогда же, 21 февраля, журнал Nature на условиях полной секретности разослал короткие пресс-релизы про овечку Долли крупным газетам, имеющим хорошие научные колонки.

Редакция рассчитывала, что 27 февраля, в день выхода научной статьи в журнале Nature, другие издания поддержат тему своими комментариями. Такова стандартная практика научных журналов: когда у них появляется горящая новость, они заранее рассылают информацию о ней во многие СМИ, чтобы журналисты подготовили свои колонки. Смысл этой практики двоякий: с одной стороны, информировать публику – дело благородное, с другой – получается мощнейшая рекламная кампания, а все научные журналы являются также и коммерческими предприятиями.

Однако уже 23 февраля, за четыре дня до выхода основной статьи, несколько газет опубликовали материал о клонировании.

Рекламный демон, «подогревающий» интерес широкой публики, был выпущен наружу гораздо раньше самого события. Сегодня благодаря интернету и навыкам хакеров время, за которое секретная научная информация может просочиться наружу и стать достоянием общества, еще более сократилось. Для этого может быть достаточно одних суток. Так произошло в 2018 году в истории, героем которой стал китайский ученый Хэ Цзянькуй – первый в мире человек, отредактировавший человеческий геном так, что внесенные изменения должны наследоваться.

Я уже писал, что в связи с появлением системы CRISPR/Cas9, когда показалось, что с ее помощью можно просто и быстро, всего за несколько дней провести генетическое редактирование даже соматических клеток человека, в декабре 2015 года был созван в Вашингтоне Международный саммит по редактированию генома. Его организаторами были национальные академии наук США, Великобритании и Китая.

А в ноябре 2018 года уже в Китае должен был состояться 2-й Международный саммит по редактированию генома, организованный теми же тремя академиями наук. Но тут-то и начинается настоящая детективная история.

Внезапно в сентябре-октябре 2018 года, когда до встречи уже почти не оставалось времени, Академия наук Китая заявила, что не получила никакого финансирования на запланированное мероприятие и саммит не может быть проведен на китайской территории. Для остальных двух организаторов это стало шоком. Но переносить его в другую страну уже было сложно – серьезными учеными такие мероприятия планируются заранее, поэтому организаторы решили принципиально ничего не менять, а просто провести саммит в Гонконге.

Дело в том, что Гонконг, хотя и является особым административным районом Китая, по своему статусу сохранил большую степень независимости. Организаторами саммита стали Национальная академия наук США, Королевское научное общество Великобритании и Академия наук Гонконга. Участие Хэ Цзянькуя в этой встрече было запланировано. И вдруг за сутки до официального начала саммита приходит информация, что Хэ Цзянькуй будет делать свой доклад вовсе не на ту тему, которая была заявлена, а расскажет о двух недавно рожденных девочках, которым он произвел геномное редактирование, причем так, что в последующем эти изменения будут наследоваться.

Это известие в немалой степени подогрело обстановку, но то, что рассказал китайский ученый, буквально всех потрясло.

ВИЧ как мишень

Причины того, почему Хэ Цзянькуй взялся именно за эту тему, достоверно не ясны. Пока известно только, что молодой ученый решил поработать с людьми, которые являются носителями вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающего синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). Как мы все знаем, этот вирус может приводить к тяжелым последствиям и способен передаваться по наследству. Но известно также, что к ВИЧ люди имеют различную чувствительность.

Например, чернокожие жители тропических стран обладают высокой чувствительностью к ВИЧ и с большой вероятностью могут быть ВИЧ-инфицированными, причем вирус встраивается в их геном и в дальнейшем присутствует в иммунной системе. Весьма вероятны и проявления самого заболевания – СПИДа.

У жителей Южной Европы – итальянцев, французов – вероятность ВИЧ-инфицирования более низкая. Еще ниже она в Северной Европе (Скандинавия, Россия). Когда стали изучать на молекулярно-генетическом уровне, в чем причина такой разницы, то оказалось, что вообще вирус иммунодефицита человека обладает весьма высокой специфичностью: он заражает особый тип лимфоцитов – Т-клетки-помощники (Т-хелперы). А на поверхности этих Т-клеток-помощников находится среди прочего рецептор CCR5, или хемокиновый рецептор.

Хемокины – это особые биологические молекулы, которые привлекают клетки примерно так, как запах колбасы собаку: они заставляют клетки, в частности лимфоциты, двигаться в направлении источника «запаха» путем воздействия на их хемокиновые рецепторы. И тот же самый рецептор хемокина CCR5 используется вирусом для проникновения внутрь лимфоцита. Известно также, что чувствительность различных людей к ВИЧ-инфекции опосредуется через генетические варианты хемокинового рецептора.

Уже говорилось, что мутации – это просто изменения. Для человека различные мутации хемокинового рецептора считаются популяционной нормой и называются полиморфизмом. Мы помним, что каждый ген имеет в клетке две копии: одна пришла от мамы, другая от папы. И если, к примеру, одна копия гена хемокинового рецептора полностью «нормальная», то есть наиболее часто встречающаяся, то вторая может содержать вполне определенную мутацию: в ней отсутствуют тридцать два нуклеотида, и такой мутированный ген называется CCR5-дельта-32. Так вот оказалось, что при наличии одной копии такой мутации (гетерозигота) риск заболеть СПИДом будет значительно ниже, чем если у человека имеются две нормальные (на биологическом сленге – «дикие») копии этого гена. А если и от папы, и от мамы достались мутантные варианты дельта-32, то человек оказывается устойчив к вирусу.

География здесь играет пока непонятную, но важную роль. Чем дальше на север, тем чаще встречаются люди, у которых имеются в той или иной форме мутации CCR5-дельта 32. Так, на территориях к югу от Средиземного, Черного и Каспийского морей всего три—пять процентов населения имеют полиморфный вариант гена CCR5-дельта-32, а на территориях, лежащих к северу, – от восьми до шестнадцати процентов. К таким удивительным последствиям приводит природный, абсолютно естественный полиморфизм.

Китай в этом смысле – достаточно южная страна, в которой встречается только «дикий» тип рецептора CCR5. Молодой амбициозный ученый Хэ Цзянькуй решил помочь тем родителям, которые заражены вирусом СПИДа, и ввести в их будущих детей мутацию хемокинового рецептора CCR5-дельта-32, чтобы снизить вероятность заболевания СПИДом. Причем не просто ввести мутацию в соматические клетки рожденных детишек, а сделать так, чтобы эта новая для них мутация появилась в китайской популяции и могла бы передаваться по наследству, то есть и дети этих детей оказались бы защищенными от ВИЧ.

Конечно, есть возможность (кстати, используемая одной из коммерческих компаний для разработки технологии лечения), когда просто берут кровь у больных СПИДом, вводят в клетки крови эту же мутацию и помещают клетки обратно в организм. Но в популяции такие вылеченные гены не останутся – они не наследуются. А Хэ Цзянькуй хотел, чтобы они именно передались по наследству.

Надо сказать, что китайский ученый не собирался проводить свое исследование нелегально. На самом деле в определенный момент (правда, уже после того как он начал свой эксперимент) Хэ Цзянькуй направил в китайский Регистр клинических исследований запрос, чтобы ему разрешили это сделать. Однако китайский регулятор ответил, что разрешения ему не даст. Скорее всего, и информация о том, чем занимается ученый, утекла в средства массовой информации из китайского Регистра клинических исследований.

Но здесь опять-таки важно, что хотя намеченная конференция была весьма престижной, Китай в последний момент отказался от ее проведения и она состоялась пусть и рядом с Китаем, но в автономном регионе. По-видимому, отказом принять на своей территории эту конференцию Китай показал, что знает о сути эксперимента, выполненного китайским ученым, и хочет от него дистанцироваться, но не будет мешать тому, чтобы о случившемся узнал весь мир.