Заплатка на ДНК: генетическая революция против этических барьеров

Технология генного редактирования от компании Editas Medicine помогла двум пациентам в лечении врожденной дистрофии сетчатки, власти США разрешили испытания на людях препарата для генной терапии ВИЧ, в Японии начали продавать помидоры с измененным геномом, способствующие снижению давления. И это новости генной инженерии только за последний месяц, рассказывает журнал «Профиль».

Генную инженерию считают будущим медицины, способным избавить человечество от тяжелых наследственных болезней. Особенные надежды связывают с правкой геномов по методу CRISPR/Cas, получившему широкое применение всего за несколько лет с момента открытия.

Однако отношение общественности к чудесам генетики пока не устоялось. Допустимо ли управлять биологическим развитием человека, превращая эволюцию в революцию? Ведь возможности CRISPR/Cas ограничены лишь нашей фантазией: теоретически можно вывести новую расу людей, наделив ее почти фантастическими свойствами. Общественные и религиозные деятели высказывают по этому поводу тревогу, а чиновники разных стран пытаются выработать новые правила игры в медицине.

Но, как считают эксперты «Профиля», ослабление этических барьеров неизбежно. Оно уже происходит в силу нескольких причин: невозможности контролировать соблюдение запретов, соблазна овладеть новым многомиллиардным рынком, а также технологической конкуренции мировых держав, толкающей их на скользкую генетическую дорожку.

Вырезать — вставить

В середине XX века ученые установили, каким образом происходит передача наследственной (генетической) информации, зашифрованной в молекулах ДНК. Это позволило начать опыты с целенаправленным изменением генома живых существ. В 1972 году команда ученых в Стэнфорде (США) получила рекомбинантную ДНК, сшив фрагменты генетического кода двух различных вирусов. А год спустя биологи Герберт Бойер и Стэнли Коэн вывели первый организм, основанный на рекомбинантной ДНК.

С тех пор минуло полвека, и генная инженерия прошла большой путь, пусть не всегда видимый стороннему наблюдателю. На рубеже XXI века был полностью секвенирован (прочитан) человеческий геном: сложнейший проект, координируемый властями США, потребовал $ 3 млрд вложений и 13 лет работы. После этого всего за 15 лет (в 2001—2016 годах) стоимость расшифровки генома отдельно взятого человека упала, по данным National Human Genome Research Institute, со $ 100 млн до $ 1 тыс.

Оформилась концепция генной терапии: путем разрезания молекулы ДНК в определенном месте можно изменить последовательность генетической информации, «починив» геном от нежелательной мутации или, наоборот, усилив желаемые свойства организма. Сложность состоит в способе внесения разрыва: для этого необходимо создать специальный белок, распознающий искомую последовательность в геноме.

В 1990—2000-х генетики разработали две технологии «молекулярных ножниц» — ZFN (Zinc Finger Nuclease) и TALEN (Transcription Activator-like Effector Nucleases). Но они крайне трудны в использовании: на поиск нужной формулы лучшим лабораториям мира требуются годы работы.

В начале 2010-х был предложен новый метод — CRISPR/Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, Cas — разрезающий ДНК фермент). Он был известен с конца 1980-х, однако долгое время фигурировал лишь в фундаментальных исследованиях. В 2012 году биохимики Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна показали, как использовать CRISPR в генном редактировании. Причем не только вырезать плохой участок ДНК, но и вставлять вместо него хороший в качестве «заплатки».

Это поистине эпохальное открытие: работать с CRISPR проще и быстрее, чем с ZFN и TALEN, метод сразу стал популярен в научном сообществе, к разработке препаратов генной терапии подключились сотни новых лабораторий. В 2020 году вклад Шарпантье и Дудны был отмечен Нобелевской премией по химии.

Большинство клинических применений CRISPR сводятся к лечению наследственных заболеваний, против которых ранее медицина была бессильна (мышечная дистрофия Дюшенна, хорея Гентингтона, лимфома Ходжкина, муковисцидоз, слепота). Также особые надежды связаны с лечением ВИЧ: поскольку этот вирус интегрируется в ДНК клеток, спасение от него лежит на генетическом уровне.

Современный Франкенштейн

Главным сдерживающим фактором при использовании CRISPR является точность разреза ДНК. Не исключена вероятность ошибки, а ставки в этой игре высоки: малейшая неточность чревата злокачественной мутацией или опухолью в организме пациента. Считается, что по мере накопления клинических исследований точность удастся подтянуть, но некоторые ученые утверждают, что мы так и не научимся просчитывать все последствия вмешательства в человеческий геном — в нем слишком много неочевидных взаимосвязей.

«Моногенных заболеваний, то есть вызванных поломкой конкретного гена, не так много, — объясняет футуролог, сооснователь венчурного фонда Orbita Capital Partners Евгений Кузнецов. — Например, в случае СПИДа есть возможность воздействовать на один ген, и с вероятностью 95% мы получим успех. Но большинство параметров человека кодируется комбинацией генов. Пока научный поиск не настолько далеко продвинулся, чтобы можно было считать CRISPR отработанной технологией».

По этой причине эксперименты с CRISPR-редактированием до последнего времени проводили in vitro, то есть вне организма пациента, на клетках-донорах. Часто ими выступали оплодотворенные яйцеклетки (зиготы). При этом согласно правилам, принятым во многих странах, возраст участвующих в исследованиях эмбрионов не должен превышать 14 дней: после этого биоматериал следует уничтожить, переносить его в матку для последующего рождения ребенка запрещено.

Гуманность этого запрета была подтверждена в 2015 году, когда биологи из Университета Сунь Ятсена (Гуанчжоу, Китай) отредактировали геном 86 зигот с заболеванием крови. 15 из них вовсе не пережили операцию, точный разрез ДНК был произведен только в 28 зиготах, а правильно поставить генетическую «заплатку» удалось в четырех.

А через три года в научном мире разразился скандал. Другой китайский ученый, Хэ Цзянькуй из Шэньчжэня, проводя опыты над эмбрионом ВИЧ-инфицированных родителей, удалил отвечающий за заболевание ген CCR5, а затем подсадил зародыша матери. В результате родились девочки-близнецы Лулу и Нана.

Цзянькуй рассказал о своей работе на конференции, и западные ученые отреагировали резко негативно: например, они указывали, что отключение гена CCR5 повышает риск смерти человека от гриппа и лихорадки Западного Нила. Цзянькуя даже сравнивали с Виктором Франкенштейном — амбициозным доктором из готического романа Мэри Шелли, невольно породившим монстра.

Китайские власти долго не комментировали происходящее, но затем «сдали» Цзянькуя международному сообществу: он был обвинен в нарушении медицинских регламентов КНР и арестован. При этом многие обстоятельства дела были засекречены, и на данный момент судьба Лулу и Наны неизвестна.

Игра в Бога

Эта история стала поводом для дискуссий об этичности генного редактирования. Во-первых, эмбрион не может дать информированное согласие на лечение — базовое условие медицинских процедур. Во-вторых, создание здоровых эмбрионов подразумевает вторжение в клетки зародышевой линии, то есть произведенные коррекции генетического кода будут переданы по наследству (в случае с лечением взрослого пациента этого можно избежать, ограничив манипуляции соматическими клетками).

В-третьих, модифицировать гены можно не только в медицинских целях, но и для иных изменений человеческой породы. Потенциально генная инженерия может стать более эффективной разновидностью евгеники (отбору благоприятных мутаций) или экспериментов с облучением людей (провоцированием мутаций), но и то, и другое имеет крайне негативную историческую коннотацию. В западных медиа любят перечислять «ночные кошмары» CRISPR-редактирования: якобы оно может нарушить естественный ход эволюции; страны с тоталитарными режимами могут вывести послушных подданных, заблокировав у них «бунтарские» гены; возникнет проблема генетической дискриминации, если богачи смогут прокачать свои физические данные и даже внешне стать людьми «первого сорта».

Кроме того, в рискованных экспериментах с ДНК можно создать новый вирус, который распространится по всей планете. Как тут не вспомнить теории о рукотворной пандемии Covid-19: ведь, по заключению китайских вирусологов, новый коронавирус родился путем рекомбинации ДНК вирусов змеи, летучей мыши и человека.

Многие из этих страхов преувеличены, убежден Евгений Кузнецов.

«Например, разговоры про генетическое оружие, с помощью которого якобы будут вестись войны будущего, — явная спекуляция, — считает эксперт. — Наука говорит, что нет таких генетических инструментов, которые могли бы подействовать на одну популяцию и не затронуть другую. Тем более сейчас все популяции перемешаны, генетически неоднородны. Но концепция human enhancement, то есть усиления наших способностей, видится вполне реальной. Можно научить человека видеть ночью, чуять определенные запахи, повысить порог боли и страха. Можно предположить, что военные с этим экспериментируют, особенно в Китае. Но, разумеется, под грифом „секретно“. Вообще люди пока не поняли, как относиться к глубокой генной коррекции. Применение этого метода за гранью текущей парадигмы восприятия человека и возможностей медицины».

Этические проблемы генной инженерии были осознаны еще в 1970-х. Естественной реакцией стали ограничения. Например, в 1975-м в США была проведена конференция по вопросам опытов с рекомбинантной ДНК. Одним из ее решений был запрет на внедрение такой ДНК в клетки биологических видов, способных выжить вне стен лаборатории.

В 1990-х похожим образом научное сообщество отреагировало на достижения в области клонирования. В 1996 году родилась овечка Долли, первое клонированное млекопитающее, а в 1997-м ООН выпустила «Всеобщую декларацию о геноме человека и правах человека», запрещающую «воспроизводство человеческой особи».

Времена меняются

Листая страницы истории медицины, можно убедиться, что красные линии, за которые общественная мораль не велит заступать эскулапам, не являются незыблемыми. Много веков мировые религии запрещали анатомирование трупов, требуя уважать покой души умершего. Врачевание в средневековой Европе было основано на трактатах древнеримского хирурга и философа Галена (II-III вв.), описавшего строение человека со схоластической непогрешимостью. Однако пытливые умы стремились глубже проникнуть в тайны медицины: им приходилось похищать трупы бродяг и казненных, тайно проводя вскрытия. В XVI веке нидерландский лекарь Андреас Везалий таким образом исправил более 200 ошибок в трудах Галена. Вскоре отношение к вскрытиям изменилось: по всей Европе стали открываться анатомические театры.

За последние полвека медицинская этика претерпела еще больше изменений. Яркий пример — тема эвтаназии. Отказываясь содействовать пациенту в добровольном уходе из жизни, врачи ссылаются на текст клятвы Гиппократа: «Я не дам никому просимого у меня смертельного средства». Тем не менее с 2002 года эвтаназию разрешили пять государств (Бельгия, Нидерланды, Швейцария, Люксембург, Канада), а также несколько штатов США. А пассивная эвтаназия (согласованное с пациентом прекращение лечения неизлечимой болезни) де-факто практикуется во многих странах.

Моральные проблемы трансплантологии обсуждаются с 1967 года, когда хирург Кристиан Барнард произвел первую пересадку сердца. Предметом для споров является то, где брать органы для пересадки. Недостатком нынешних правил, согласно которым можно использовать лишь органы умерших, являются их дефицит (некоторые больные умирают, так и не дождавшись помощи) и существование черного рынка органов. Но если вообразить, что оборот органов легализован, кажется очень вероятным сценарий, при котором бедное население планеты, торгуя своими внутренностями, станет в буквальном смысле жертвовать собой ради долгожительства богачей.

Еще одна дискуссионная тема — медицинское вмешательство в репродукцию. На протяжении веков аборты то запрещались, то разрешались. В XX веке первой страной, полностью легализовавшей их, стал СССР в 1920 году. Сегодня аборты по требованию женщины разрешены более чем в 60 странах. В последние десятилетия появились новые репродуктивные технологии: искусственное оплодотворение, выращивание эмбриона в пробирке (ЭКО), суррогатное материнство. Как правило, религиозные организации выступают против такого вмешательства в таинство семейной жизни. Тем не менее зона легализации этих процедур также расширяется.

Если очень хочется…

Впрочем, инцидент с Хэ Цзянькуем не стал шлагбаумом на пути развития CRISPR-редактирования. В феврале 2019 года американский журнал Cell опубликовал статью с аргументами в пользу предпринятого китайским ученым удаления гена CCR5. Оказалось, что его отсутствие в геноме полезно не только для защиты от ВИЧ, но и для улучшения когнитивных функций и быстрого восстановления после инсульта.

А в октябре 2019-го в журнале Nature вышла статья ученых из Гарвардского университета, описывающая улучшенную технику CRISPR — «праймированное редактирование». Оно повышает точность разрезания ДНК, а значит, делает процедуру безопаснее.

Путем разрезания молекулы ДНК в определенном месте можно изменить последовательность генетической информации, «починив» геном от нежелательной мутации

Ученые из разных стран заявили о намерении работать в русле экспериментов Цзянькуя. Так, Вернер Нейхауссер из Гарварда планирует редактировать ДНК в клетках зародышевой линии. А российский биолог Денис Ребриков готов помочь родителям с наследственной глухотой родить слышащих детей. В 2019 году он рассказал, что нашел семейную пару добровольцев и ждет официального разрешения властей. Чиновники пока не дали согласия на операцию, но сам факт, что идеи Цзянькуя продолжают жить после его публичного «линчевания», говорит о многом.

Долго запрягаем

Перспективы генной инженерии привлекли внимание российских властей: в 2019 году правительство утвердило программу «О развитии генетических технологий в Российской Федерации» до 2027 года. Ее результатом должно стать выведение с помощью методов генного редактирования 30 новых видов растений и животных и 20 лекарственных препаратов.

«Россия далеко не в авангарде мировых генетических исследований, — комментирует Евгений Кузнецов. — Несколько лет назад ситуация вообще была катастрофической — у нас этой темой занимались единичные лаборатории. Дело в том, что технология CRISPR сама по себе несложная и недорогая, пространство для экспериментов огромно, поэтому ею занялись сразу во многих странах. Здесь России важно не отстать на старте. Иначе получится как с процессорами, когда в какой-то момент наша микроэлектроника забуксовала и теперь уже отстала от лидеров навсегда».

Некоторые регуляторные послабления уже начались. С 2020 года CRISPR-терапию в США разрешено проводить in vivo, то есть непосредственно вводя препарат пациенту (внутривенно). А в нынешнем году, получив удачные результаты клинических испытаний на взрослых людях, американские власти разрешили компании Editas Medicine тестировать CRISPR-лечение на детях.

В среде генетиков бытует мнение, что рождение модифицированных эмбрионов разрешат, если оно будет представлено, как этически оправданное: например, если будет найдена пара, у которой нет ни одного шанса родить здорового ребенка. Обычно это не так: вероятность передать по наследству орфанное заболевание равна 25% или 50%. В таких случаях достаточно использовать экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО): отбирается здоровый эмбрион, а остальные утилизируются. Другое дело, что практика расходования эмбрионов, равно как и аборты по генетическим показаниям, тоже имеет этические издержки. Следовательно, вопрос в том, какой метод общество в конечном итоге сочтет более приемлемым.

Еще один аргумент приводит американский юрист Генри Грили, известный по выступлениям в защиту генной инженерии. По его мнению, определиться насчет CRISPR-детей нужно, исходя из интересов системы здравоохранения: если для нее выгоднее заблаговременно отсечь пациентов с тяжелыми болезнями, чем потом годами их лечить, то почему бы это не сделать? Хэ Цзянькуй поторопился и поступил безрассудно, признает Грили, но рано или поздно его знамя подхватят другие.

А в Великобритании Совет по медицинской этике (Nuffield Council on Bioethics) и вовсе вынес заключение, что «редактировать геном с целью влияния на характеристики будущих поколений… не является неприемлемым». В том числе допустимо желание родителей сделать своего ребенка высоким блондином с голубыми глазами, сообщил член совета, профессор Каррн Йонг. Правда, это было еще летом 2018-го, незадолго до скандала в Китае. После него развитие темы застопорилось.

«Дизайнерские дети — популярный сюжет футурологических прогнозов, и, кажется, он сбудется, — рассуждает Кузнецов. — Сегодняшняя ситуация явно отличается от конца 1990-х годов, когда клонирование человека запретили и никто особо не возражал. Главная причина — появление Китая как мощной альтернативы западному блоку. Если Европа с Америкой будут вести этические дискуссии и тормозить развитие технологий, то Китай уйдет далеко вперед, потому что без лишнего шума продолжает исследования. Кстати, неизвестно, остановил ли Цзянькуй свою работу. По интернету гуляют фотографии, из которых можно заключить, что он по-прежнему живет в кампусе своего университета, а видимость ареста заключается в том, что к его балкону приварили решетки».

«Гонка вооружений между США и Китаем разгоняется, и все сдерживающие факторы отходят на второй план, — подтверждает председатель Лиги независимых ИТ-экспертов Сергей Карелов. — Аналитики все чаще поднимают вопрос об экзистенциальных рисках, порождаемых ускоренным технологическим развитием. Сюда относятся климатический кризис, кибервойна, глобальная пандемия, влияние на эволюцию — то, что затронет миллиарды людей. Де-факто эти риски игнорируются».

Летом нынешнего года Всемирная организация здравоохранения обозначила официальную позицию относительно экспериментов с CRISPR. Ее выработкой занимались 18 экспертов в течение трех лет. Итогом стал 64-страничный свод рекомендаций ученым: способствовать международному сотрудничеству, поощрять этический анализ клинических испытаний, содействовать справедливому доступу к лекарствам и так далее. Ни один из пунктов документа не носит обязательный характер.

«Обсуждение этической стороны научно-технического прогресса часто скатывается в бессодержательное философствование, — констатирует Сергей Карелов. — Возникли даже термины „театр этики“ (ethics theatre) и „отмывание этических норм“ (ethics washing). Обозначается интерес к проблеме, собираются комитеты, принимаются стратегии… Но в сухом остатке это просто хороший бизнес для консультантов всех мастей. В частности, большие бюджеты осваиваются на так называемой этике искусственного интеллекта. Хотя само понятие некорректно, поскольку исходит из ошибочного уподобления ИИ человеческому мышлению. В сфере биотехнологий ситуация другая: здесь действительно вершатся судьбы живых существ. Тем обиднее, если обсуждение превращается в профанацию. А это неизбежно, если не прописывать реальные процедуры контроля на каждом этапе научного исследования. Причем критерии должны быть измеримыми, а способы контроля — инструментальными. Но почти никто так не делает. Например, есть подсчеты, что в сфере ИИ 77% этических резолюций не содержат способов контроля за своим исполнением».

Тренировка на слонах

Но и без учета этических барьеров генная терапия пока далека от того, чтобы стать массово доступной. Тут уже вмешиваются рыночные факторы. Курс лечения от острого лимфобластного лейкоза препаратом Kymriah обойдется в $ 475 тыс., избавление от слепоты с помощью Luxturna стоит $ 850 тыс., препарат Zynteglo против талассемии (нарушения синтеза гемоглобина) поставляется за $ 1,78 млн, Zolgensma против мышечной атрофии — за $ 2,1 млн.

Это примерный порядок цен: они варьируются, поскольку речь идет об индивидуальных заказах. К примеру, в 2012—2017 годах курс лечения от дефицита липопротеинлипазы препаратом Glybera ($ 1,2 млн) прошел только один человек. После этого выпускающая его фармкомпания решила не продлевать лицензию на продажи.

Тем не менее уже сейчас вокруг CRISPR складывается многомиллиардная индустрия. Для сравнения: в 2013—2017 годах компании — разработчики генной терапии получили $ 600 млн венчурных инвестиций, а в нынешнем году только за январь—август этот показатель составил $ 13 млрд (данные Market Reports Center и The Science Advisory Board). Ожидается, что в 2021—2028 годах мировой рынок геномики (в это понятие входят все товары и услуги, основанные на достижениях генетики) будет расти на 15% в год и достигнет $ 62,9 млрд. Впрочем, такие прогнозы постоянно меняются в сторону увеличения.

Пока наиболее реалистичным сценарием является применение генной инженерии в сельском хозяйстве. Растениям с отредактированной ДНК не страшны плесень и атаки насекомых-вредителей, животные легче переносят вирусные инфекции и быстрее набирают мышечную массу. Чем лучше генетический апгрейд, тем ниже экологический след сельхозпроизводства (сокращается объем используемых пестицидов, потребление корма скотом и т. д.) — при нынешних тенденциях этическая привлекательность такого размена будет только возрастать.

«Сельское хозяйство — низко висящий плод в ситуации, когда внедрение генного редактирования в медицине сталкивается с трудностями, — отмечает Евгений Кузнецов. — Во-первых, это шанс взять реванш за маркетинговый провал ГМО-продуктов: фактически они возвращаются под новой вывеской. Во-вторых, это привлекательный имидж для всей генной инженерии: смотрите, мы создаем продукты с высоким содержанием полезных элементов и другими интересными свойствами. Например, в США выпущены яблоки, не темнеющие в разрезанном виде. Разрабатывается линейка гипоаллергенных продуктов, которые раньше были недоступны аллергикам. Это емкий рынок, который подготовит почву для перехода к модификации ДНК человека».

Сюда стоит добавить эксперименты на братьях наших меньших, которые проводятся целенаправленно для обкатки генетических технологий. Таких работ много, но некоторые привлекают особое внимание общественности. Так, в 2015 году китайские генетики из Института биомедицины и здоровья в провинции Гуанчжоу модифицировали собаку породы уиппет. В природе уиппет — небольшая тощая собачонка, но китайцы удалили у нее ген, отвечающий за выработку миостатина (белка, тормозящего рост мышечной массы для продления жизни организма), и получили жуткого на вид пса-мутанта с перекачанными мышцами, как у бодибилдера.

А компания Colossal (США) при участии знаменитого генетика Джорджа Чёрча планирует воскресить мамонтов путем редактирования ДНК азиатского слона. Ученый полагает, что технология CRISPR позволит добавить слону длинные клыки, толстый слой подкожного жира и пышный мех, что позволит ему выживать в условиях Крайнего Севера.

«Успешная реставрация мамонта могла бы вызвать огромный общественный резонанс и приблизить консенсус по вопросу коррекции человеческого генома, — говорит Кузнецов. — Впрочем, и сейчас есть горячие головы, которых не останавливают проблемы с точностью разреза ДНК, и они проводят авантюрные опыты. Думаю, в ближайшие годы нас ждет немало прорывных результатов. Но в целом пройдет не менее 10 лет, прежде чем генная терапия станет клинической нормой для лечения ряда болезней. У аналитиков технопрогресса есть такое правило: изменения происходят медленнее, чем надеются оптимисты, но быстрее, чем думают пессимисты».