# Джейкоб Шерков о CRISPR-младенцах: «Кто-то обязательно это попробует»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=LmMuTCn-N_M
Канал: World Science Festival
Опубликовано: 24.01.2017

---

Технология генетического редактирования CRISPR стремительно превратилась из фундаментального научного открытия в инструмент, меняющий медицину, сельское хозяйство и экологию прямо сейчас. На панельной дискуссии World Science Festival ведущие молекулярные биологи, биоинженеры и юристы обсудили, как устроен этот метод, почему он совершил революцию в лабораториях и какие этические вызовы стоят перед человечеством, получившим беспрецедентную власть над живой природой.

## 🧬 От бактериального иммунитета к генетическому «управляемому снаряду»
[[JUMP:03:36]]

История CRISPR началась в 1987 году, когда японский исследователь, секвенировавший геном кишечной палочки (*E. coli*), заметил в самом конце своей научной работы странные повторяющиеся последовательности ДНК [04:02]. Тогда ученые не имели представления об их назначении. Позже испанский биолог Франсиско Мохика, изучая одноклеточные организмы в соленых лагунах, обнаружил аналогичные повторы во множестве других микроорганизмов [04:27]. Наблюдая за этим постоянством в природе, он первым предположил, что перед учеными — древняя иммунная система бактерий [04:52].

Бактериальный иммунитет работает следующим образом:

*   Бактерия сталкивается с вирусом (бактериофагом) или чужеродной плазмидой.
*   Специальные белки вырезают фрагмент ДНК нападающего патогена.
*   Этот фрагмент встраивается в геном бактерии между короткими повторяющимися регионами (так образуется библиотека «памяти» CRISPR).
*   При повторной атаке бактерия считывает эту ДНК и создает две молекулы РНК, которые объединяются с белком-нуклеазой Cas9 [05:46].

В дикой природе этот процесс требует участия множества вспомогательных ферментов. Однако ученые поняли, что систему можно радикально упростить. 

Как объясняет молекулярный биолог Эллен Йоргенсен, если искусственно синтезировать единую направляющую РНК (гид-РНК), то вся громоздкая природная машина становится ненужной [06:13]. Белок Cas9 превращается в «боевую часть» управляемого снаряда, а гид-РНК — в систему его наведения. Чтобы запустить систему в целевой клетке, достаточно доставить туда всего один ген белка Cas9 и одну единицу трансляции для гид-РНК [06:26].

В простейших организмах, таких как дрожжи, компоненты CRISPR можно доставить на кольцевой молекуле ДНК — плазмиде [07:06]. В более сложных системах, например в эмбрионах или тканях взрослого организма, доставка CRISPR остается сложнейшей инженерной задачей [07:32]. Тем не менее ученые уже создают генетически модифицированных мышей, которые стабильно экспрессируют Cas9 во всех тканях, что позволяет вносить мутации в любые органы простым введением гид-РНК [08:00]. Эллен Йоргенсен предупреждает, что постоянное присутствие активного Cas9 в клетках несет в себе риски, так как система все еще дает незначительный процент нецелевых разрезов ДНК (off-target эффекты) [08:13].

## ⚡ Революция на лабораторном столе: почему CRISPR победил старые методы
[[JUMP:08:27]]

До появления CRISPR ученые использовали технологии редактирования предыдущих поколений, такие как «цинковые пальцы» (Zinc Fingers) и TALENs [09:08]. Однако эти инструменты требовали колоссальных ресурсов. Для каждого нового целевого участка ДНК исследователям приходилось с нуля конструировать уникальный белок, что требовало огромных затрат времени, труда и денег [09:49]. 

CRISPR изменил правила игры: белок Cas9 остается универсальным («универсальным скальпелем»), а меняется только короткая РНК-мишень, которую можно синтезировать за считанные часы [10:02]. По словам Бена Мэтьюса, когда CRISPR только появился, ученые быстро поняли: «Эта технология слишком проста, чтобы её не попробовать» [09:35]. В его лаборатории метод сработал с первой же попытки [10:16].

Стивен Цанг подчеркивает колоссальную разницу в скорости исследований:

*   **Классический метод создания нокаутных мышей** (с выключенным геном) занимал не менее 9 месяцев [10:42]. Он требовал сложных манипуляций с эмбриональными стволовыми клетками, получения химерных мышей и их последующего скрещивания в надежде получить мутацию в половых клетках [10:55]. Любая неудача на промежуточных этапах возвращала исследование к началу.
*   **Редактирование с помощью CRISPR** сократило этот процесс до 3 недель [11:34]. Ученый может спроектировать гид-РНК в понедельник, ввести ее в яйцеклетку в среду, а уже через три недели получить готовую мышь с отредактированным геномом [11:34].
*   **Мультиплексирование:** CRISPR позволяет одновременно отключать несколько генов. Ученые уже доказали возможность одновременного нокаутирования 7 генов в одной мыши, и технически нет препятствий для отключения 15 или даже 30 генов одновременно [11:47]. Это позволяет мгновенно изучать сложные полигенные заболевания.

Биоинженер Невилл Санджана использует масштабируемость CRISPR для поиска механизмов лекарственной устойчивости при раке кожи [15:45]. Его команда создала гигантские библиотеки, содержащие тысячи вариантов гид-РНК, направленных на отключение каждого гена в человеческом геноме [15:45]. 

Ученые взяли клетки меланомы и обработали их препаратом вемурафениб (Vemurafenib), одобренным FDA в 2011 году [16:27]. В клинической практике пациенты с меланомой часто сталкиваются с тем, что опухоль вырабатывает устойчивость к терапии. Применив библиотеку CRISPR, команда Санджаны смогла превентивно определить, какие именно генетические мутации в масштабе всего генома приводят к невосприимчивости рака к вемурафенибу [16:27]. Провести подобный детальный скрининг до CRISPR-революции было технически невозможно.

Для доставки системы редактирования в органы живых существ ученые используют модифицированные вирусы. Например, аденовирус (производное от вируса простуды) можно доставить в легкие мышей ингаляционным путем для моделирования рака легких или ввести непосредственно в мозг для изучения развития глиобластомы [17:38]. 

## 🦟 Программирование москитов: борьба с вирусами Zika и денге
[[JUMP:19:08]]

Бен Мэтьюс из Рокфеллеровского университета использует CRISPR для борьбы с комарами вида *Aedes aegypti* — главными переносчиками вирусов Zika, денге, чикунгунья и желтой лихорадки [19:33]. Эти насекомые крайне антропофильны: в зоопарке они выберут для укуса человека среди всех остальных теплокровных животных [19:59]. Самкам комаров кровь необходима как источник белка для развития яиц, поэтому эволюция отточила их органы чувств до совершенства [20:13].

С помощью CRISPR исследователи точечно выключают целые семейства генов, отвечающих за вкус и обоняние насекомых [20:39]. Получив стабильных нокаутных комаров, ученые тестируют их в поведенческих камерах, проверяя, теряют ли они способность находить человека по запаху [20:54]. Более того, CRISPR позволяет не просто выключать гены, но и встраивать новую ДНК [21:20]. Внедряя маркеры в обонятельную систему комара, ученые получают возможность контролировать активность нейронов с помощью света или температуры, детально картируя мозг насекомого [21:33]. 

### Экологическая угроза технологии «генного драйва» (Gene Drive)

Гораздо более амбициозным и опасным применением CRISPR является технология «генного драйва» (Gene Drive) [36:21]. В обычных условиях потомство получает 50% генетического материала от каждого родителя согласно законам Менделя [37:41]. Однако если встроить в геном комара кассету, содержащую сам ген Cas9, гид-РНК и целевой признак (например, бесплодие самок или антитела против малярийного плазмодия), правила наследования ломаются [37:03]. 

Генный драйв принудительно копирует модифицированный участок на парную хромосому, превращая любую гетерозиготную особь в гомозиготную [37:56]. В результате 100% потомства наследует измененный признак. Учитывая быстрый жизненный цикл насекомых (2–3 недели), выпуск небольшого количества таких комаров в природу может за несколько месяцев изменить геном всей дикой популяции на огромной территории [38:21].

По мнению Бена Мэтьюса, потенциал технологии огромен: с ее помощью можно полностью уничтожить малярийных комаров или сделать их невосприимчивыми к паразитам [38:48]. Однако риски для экосистемы колоссальны. Если вид будет полностью уничтожен, ученые не могут предсказать, какие насекомые займут освободившуюся экологическую нишу, как это скажется на птицах и рыбах, питающихся комарами, и не вызовет ли это каскадный крах экосистемы [39:12]. 

Ученый выражает скепсис по поводу идеи генетика Джорджа Черча запускать «исправляющие» генные драйвы вслед за первыми, если что-то пойдет не так: по его мнению, это звучит как сценарий для фантастического фильма-катастрофы, поскольку мы до сих пор не умеем полноценно моделировать поведение сложных экосистем [39:37]. Прежде чем выпускать такие организмы на волю, их необходимо всесторонне протестировать в изоляции — например, на удаленных островах или в специальных закрытых «куполах» [40:45].

## 👁️ Спасение от слепоты: первые клинические успехи в терапии сетчатки
[[JUMP:42:00]]

Пока редактирование генома в реальном времени только готовится к выходу на рынок, классическая генная терапия уже показывает ошеломляющие результаты. Стивен Цанг продемонстрировал видеозапись клинических испытаний терапии наследственной дистрофии сетчатки (одной из форм ретинита pigmentosa) [42:08]. 

В ходе испытаний пациентам под сетчатку вводили аденоассоциированный вирус (AAV), несущий здоровую копию поврежденного гена [42:21]. 

*   **До операции:** Пациент с трудом ориентировался в пространстве. Прохождение лабиринта (от одной стороны комнаты до другой) занимало у него 77 секунд [43:59]. Человек постоянно натыкался на препятствия и терял ориентацию [43:02].
*   **После операции:** Спустя всего несколько месяцев тот же пациент уверенно прошел дистанцию за секунды, не задев ни одного препятствия [44:12]. 

Пик терапевтического эффекта наступает в течение 6 месяцев (в испытаниях в Филадельфии) или одного года (в Лондоне) после инъекции [43:46].

Глаз является идеальной мишенью для применения CRISPR и клеточной терапии по нескольким причинам:

*   **Иммунная привилегированность:** Глаз отделен от общей иммунной системы гемато-офтальмическим барьером. Пересаженные клетки или вирусы здесь практически не вызывают иммунного отторжения (как при трансплантации роговицы) [46:22].
*   **Парность органов:** Наличие двух глаз дает идеальный внутренний контроль — один глаз можно лечить, а второй оставлять без вмешательства для сравнения результатов [45:17].
*   **Уникальные возможности визуализации:** С помощью современного оборудования врачи могут в реальном времени сканировать сетчатку живого человека и буквально пересчитывать отдельные палочки и колбочки (светочувствительные нейроны), оценивая их выживаемость после терапии [44:50]. Для проведения операции требуется всего $10^6$ клеток, что существенно упрощает биопроизводство [46:08].

Классическая генная терапия эффективна только при рецессивных заболеваниях, когда в клетку нужно просто доставить недостающий рабочий ген [47:27]. CRISPR же открывает дорогу к лечению доминантных заболеваний. С его помощью можно точечно разрушить «сломанную» копию гена, которая отравляет клетку [47:40]. 

Основной среднесрочной целью для офтальмологов является победа над возрастной макулярной дегенерацией (ВМД) [48:33]. По прогнозам, к 2020 году число пациентов с этим диагнозом удвоится и превысит 10 миллионов человек [48:33]. При «влажной» форме ВМД пациенты вынуждены ежемесячно получать болезненные инъекции моноклональных антител стоимостью около $2000 за процедуру (некоторые проходят через 100 инъекций за жизнь) [1:22:58]. CRISPR позволит провести процедуру однократно, навсегда заблокировав сигнальный путь сосудистого фактора роста (VEGF) в сетчатке [1:22:58].

## 🧠 Моделирование аутизма в чашке Петри: стволовые клетки и клеточная алхимия
[[JUMP:58:59]]

Долгое время изучение нейродегенеративных и психических расстройств (таких как аутизм, шизофрения или болезнь Паркинсона) было ограничено тем, что ученые не могли получить доступ к живым нейронам пациентов [49:37]. Однако открытие индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) Синьей Яманакой совершило настоящую «клеточную алхимию» [55:27]. Выяснилось, что обычные клетки кожи (фибробласты) с помощью экспрессии определенного набора генов можно вернуть в эмбриональное состояние, а затем за 1–2 недели вырастить из них полноценно функционирующие человеческие нейроны, генерирующие электрические импульсы [50:42].

Невилл Санджана объясняет, почему сочетание iPSC и CRISPR критически важно для науки:

*   **Проблема разного генетического фона:** Если взять клетки кожи у нескольких неродственных пациентов с аутизмом и вырастить из них нейроны, их сравнение со здоровым контролем будет затруднено. Все люди генетически уникальны, и тонкие различия в работе мозга могут быть вызваны общим генетическим фоном, а не конкретной мутацией [57:01].
*   **Изогенное моделирование с помощью CRISPR:** Ученые берут одну линию здоровых стволовых клеток и с помощью CRISPR вносят в нее одну конкретную мутацию, ассоциированную с аутизмом [57:26]. В результате получаются две абсолютно идентичные клеточные линии (клетки-близнецы), различающиеся строго в одном генетическом локусе [57:39].

Дифференцируя эти изогенные клетки в нейроны, исследователи могут с абсолютной точностью зафиксировать, как одна-единственная мутация влияет на формирование синапсов, электрическую активность и построение нейронных сетей [57:53]. Такой подход позволяет превратить варианты с неясным клиническим значением (VUS), которые ученые массово находят при секвенировании пациентов, в понятные терапевтические мишени и проводить на них высокопроизводительный скрининг лекарств [51:49].

## ⚖️ Границы дозволенного: этика редактирования эмбрионов и «гражданская наука»
[[JUMP:22:52]]

Дискуссия о генетическом изменении человека четко разделена на две категории [22:53]:

1.  **Соматическая терапия:** Редактирование неполовых клеток (например, терапия крови, сетчатки или костного мозга) взрослого пациента [23:06]. Изменения не передаются по наследству.
2.  **Герминальное редактирование:** Внесение изменений в геном ранних эмбрионов или половых клеток [23:06]. В этом случае измененная ДНК передается всем последующим поколениям.

Технически CRISPR работает через двунитевой разрыв ДНК, который клетка пытается залечить двумя путями: неточным сшиванием концов (NHEJ), что обычно выключает ген, или точным копированием по матрице (HDR/метод «троянского коня») [23:59]. Контролировать выбор клеткой пути восстановления сложно, что создает риски непредсказуемых хромосомных перестроек в долгосрочной перспективе [25:06].

В США редактирование человеческих эмбрионов не является уголовно запрещенным (в отличие от Канады или стран ЕС), однако на него наложен строгий запрет на федеральное финансирование со стороны NIH [28:13]. Тем не менее в конце 2015 года исследователи в Великобритании впервые получили официальное разрешение от регуляторов на редактирование жизнеспособных человеческих эмбрионов на ранних стадиях развития [30:04].

Мнения ученых относительно безопасности этих шагов кардинально расходятся:

*   **Дженнифер Дудна** (один из первооткрывателей метода) заявляла, что ее худший кошмар — проснуться и узнать, что где-то родился «CRISPR-ребенок» с искусственно измененным геномом [30:32].
*   **Джордж Черч**, напротив, призывает к спокойствию, проводя аналогию с первыми страхами перед экстракорпоральным оплодотворением (ЭКО) в 1970-х годах [30:44]. Сегодня миллионы людей рождены с помощью ЭКО, и это считается абсолютной нормой [33:35]. 
*   **Джейкоб Шерков** считает этические риски преждевременного редактирования эмбрионов колоссальными, однако выражает уверенность в неизбежности появления таких детей в ближайшем будущем [34:17]. По его мнению, простота технологии делает ее доступной для ученых в странах с гораздо более низким этическим порогом, чем в США [34:17].

### CRISPR в гараже: демократизация или биотерроризм?

Параллельно развивается феномен DIY-биологии («биологии сделай сам»). Эллен Йоргенсен, сооснователь первой в мире общественной лаборатории GenSpace в Бруклине, учит обычных людей основам генетического редактирования [01:04]. За $100 в месяц любой желающий — от художника до начинающего стартапера — может получить доступ к полноценному лабораторному оборудованию [1:04:59]. На практических курсах GenSpace обыватели успешно модифицируют геном дрожжей с помощью CRISPR [1:04:06].

Более того, на краудфандинговых платформах вроде IndieGoGo уже сейчас за $160 можно заказать готовый домашний CRISPR-набор [1:09:19]. В комплект входят чашки Петри, плазмида с Cas9 и гид-РНК, нацеленная на отключение гена в метаболическом пути аденина у дрожжей (после успешного редактирования колонии дрожжей меняют цвет на розовый) [1:09:48]. 

Несмотря на опасения спецслужб относительно потенциального создания биологического оружия в кустарных условиях, эксперты сходятся во мнении, что реальная опасность биотерроризма преувеличена: без дорогостоящего оборудования, специфических навыков содержания животных и культивирования клеток создать что-то опаснее розовых дрожжей в гараже невозможно [1:09:19]. Главной проблемой регулирования остается баланс: как защитить общество, не задушив при этом низовые инновации и стартапы жесткими ограничениями [1:05:24].