К чему приведут эксперименты над генами человека

Как опыт китайских учёных возмутил научное сообщество

В апреле группа учёных из Китая опубликовала исследование, показывающее, что им удалось генетически модифицировать эмбрион человека с помощью технологии CRISPR. Эта новость вызвала бурную реакцию и споры в научном сообществе. Look At Me объясняет, какой именно технологией воспользовались в Китае и к чему может привести это исследование.

Как давно люди изменяют гены организмов?

Люди начали вмешиваться в геномы других организмов примерно 14 000 лет назад. Можно сказать, что генная модификация — древнее, традиционное занятие. Разумеется, поначалу это делалось путём искусственного отбора: люди разводили животных и растения с нужными характеристиками, и эти характеристики изменялись, когда те или иные гены передавались по наследству. Так мы, например, превратили волка в домашнюю собаку. Первым целенаправленно генно-модифицированным организмом была скромная бактерия E. Coli, изменённая учёным Стенли Коэном в 1973 году. Коэн использовал технику молекулярного клонирования, когда в клетку вносится чужеродный генетический материал. Долгое время это оставалось основным способом генной модификации. Сейчас же гены научились изменять напрямую. В основном используют три технологии (названные по белковым молекулам, в них задействованным): ZFN, TALEN и недавно появившаяся CRISPR — последняя значительно эффективнее всего, что использовалось раньше.

Что такое CRISPR?

Если говорить совсем просто, CRISPR позволяет учёным изменять гены с невиданной точностью, эффективностью и гибкостью (впрочем, работает технология всё ещё не идеально). За последние несколько лет с CRISPR проделали много экспериментов: от создания обезьян-мутантов до предотвращения вируса ВИЧ в человеческих клетках.

CRISPR — защитный механизм, который давно существовал во многих бактериях. Учёные обнаружили его ещё в 1980-е. CRISPR — это последовательности в ДНК бактерии, которые совпадают с ДНК опасных для бактерий вирусов. CRISPR запоминает вирусы, чтобы узнавать их и защищаться. Вторая часть этого защитного механизма — связанные с CRISPR белки Cas, которые могут обрезать ДНК и удалять атакующие вирусы.

Есть много разновидностей белков Cas, но самый известный — Cas9. Вместе они создают систему CRISPR/Cas9, которую для простоты как раз называют CRISPR. Можете догадаться, как работает генная модификация с помощью CRISPR: Cas9 обрезает ДНК, а CRISPR «объясняет» белку, что именно и как резать. Учёным достаточно просто задать Cas9 правильную последовательность — и можно вырезать и вставлять части ДНК, как хотите, почти как в биологическом Photoshop. Можно даже восстановить неправильный ген, вставив в клетку с помощью CRISPR здоровую копию. Проблема в том, что Cas9 всё ещё иногда режут не там, где надо, поэтому CRISPR относительно опасен.

Что сделали в Китае?

18 апреля группа учёных из Университета Сунь Ятсена опубликовала исследование в журнале Protein & Cell. Они использовали CRISPR, чтобы изменить ДНК «нежизнеспособных» (тех, из которых не могли вырасти люди) человеческих эмбрионов. Учёные пытались заменить в эмбрионе ген, который вызывает болезнь крови бета-талассемию. Другими словами, они попытались вылечить генетическое заболевание, которое передаётся по наследству. Они использовали CRISPR на 86 эмбрионах; из них всего 71 пережил эксперимент и лишь малая часть этих эмбрионов были излечены от болезни. Тем не менее китайские учёные показали, что CRISPR можно использовать на людях — и это вызвало споры и скандалы в научном сообществе. Например, выяснилось, что журналы Science и Nature отказались печатать исследование по этическим соображениям. Директор американского Национального института здоровья заявил, что деньги института (полученные от государства) никогда не будут использованы на подобные исследования и что с геномом человека нельзя экспериментировать. Многие журналисты написали о том, что подобные эксперименты приведут к тому, что мы будем проектировать и моделировать детей, генетически модифицируя эмбрионы — и ничем хорошим это не закончится.

Что? Проектируемые дети?

Именно. Это вывод, к которому пришли многие. Исследование из Университета Сунь Ятсена — первый шаг к тому, что мы будем жить в реальной версии фильма «Гаттака», где люди изменяют гены будущих детей, чтобы те были умнее, сильнее и красивее, и в обществе происходит раскол, потому что не все могут позволить себе такую модификацию. С одной стороны, делать такой вывод — значит заходить слишком далеко. CRISPR позволяет изменять всего один ген, и от одного гена в человеческом организме зависит не очень многое: скажем, можно поменять цвет глаз. С другой стороны, есть исследования, показывающие, что и одного гена достаточно, чтобы сделать млекопитающее умнее. Так или иначе, для того чтобы эту технологию можно было использовать практически, понадобятся долгие годы испытаний. Также CRISPR можно использовать для излечения болезней. Генной инженерией можно победить тысячи заболеваний, от болезни Альцгеймера до кистозного фиброза.

Какие тут есть проблемы?

Этические, общественные, медицинские, какие угодно. Во-первых, даже если много лет оттачивать технику CRISPR на бактериях, птицах, грызунах и других организмах, всегда остаётся шанс, что для человека это изменение будет иметь опасные последствия, которые мы увидим, только когда ребёнок родится и начнёт расти. Рисковать детьми — это попросту аморально. Во-вторых, возникает вопрос, насколько позволительно изменять ДНК человека, не спросив его самого об этом (да, это парадокс, учитывая, что гены изменяются до рождения, но как к этому отнесётся сам человек, когда вырастет?). В-третьих, действительно есть опасность, что генная модификация будет доступна только богатым и привилегированным, и даже если они не будут создавать умных, красивых и сильных детей, они как минимум будут здоровее. Это невероятно сложная тема — и к ней нужно подойти очень внимательно и осторожно. Напоследок надо сказать ещё одно: технология CRISPR, разумеется, может быть использована (и уже была использована) не только для экспериментов над людьми.

Для чего ещё может быть использована CRISPR?

Несмотря на то что в связи с CRISPR все начали говорить о людях, гораздо реальнее изменение других организмов. CRISPR может быть использована для экологических целей. Например, с её помощью можно победить малярийных комаров, контролируя их популяцию с помощью генов. Или можно генетически изменить инвазионные виды (например, растения) и остановить их распространение. CRISPR открывает широкие возможности для работы с окружающей средой и спасением отдельных видов и целых экосистем — а не только для медицины и генной модификации человека.

изображения via: flickr.com/gnilenkov, flickr.com/alaskaent shutterstock.com ( 1, 2 )