По иронии судьбы наши первые попытки по изменению ДНК у людей, именуемые генной терапией, совпали с выходом на экраны фильма «Гаттака» в 1997 году
[189]. Генная терапия включает замену дефектного гена работоспособным экземпляром. Хотя это звучит так же просто, как гитарное соло рок-группы Matchbox Twenty, на деле процесс стал настоящей проблемой. Вы не можете просто проглотить таблетку с геном, потому что он не будет работать, если не окажется внутри клеток, где нужен «ремонт». Если бы мы могли уменьшить врачей до микроскопического размера, чтобы они могли плавать по организму человека в крохотной субмарине, как в фильме «Фантастическое путешествие», возможно, они смогли бы доставить ген только в те клетки, где он нужен. Это казалось невозможным, но затем у ученых наступило озарение: вирусы ведут себя именно так, как миниатюрные субмарины, и несут груз ДНК только в те клетки, которые инфицируют. Возможно, удастся накачивать вирусы лечебными генами, которые попадут в клетки больного.
«Одомашнивание» вирусов подобно танцам с волками: вирусы могут доставить гены внутрь нас, но при этом остаются непредсказуемыми инфекционными агентами, которые могут укусить. Работы в этой области остановились в 1999 году, когда 18-летний Джесси Джелсинджер умер во время генной терапии. Исследователи ввели ему аденовирус с правильной копией того гена, который был нужен юноше, однако через несколько дней пациент умер от масштабного иммунного ответа.
В 2000 году генная терапия излечила нескольких детей, родившихся с таким серьезным иммунодефицитом, что они не могли покидать пределы стерильного (не имеющий микробов) помещения; такое заболевание именуют также «синдром мальчика в пузыре». Однако примененное лечение вызвало у некоторых пациентов заболевание, сходное с лейкемией. При этом использовался один ретровирус: он не только доставляет в клетки хороший ген, но и вшивает его в ткань ДНК, делая его постоянным жильцом. К несчастью, в процессе вшивания гена, необходимого для ДНК пациентов, был поврежден другой ген, что и подвергло их риску заболевания раком.
Такое разочаровывающее сочетание успеха и неудачи поставило применение вирусов под вопрос. Можно ли на самом деле приручить этих крохотных диких тварей? За прошедшие два десятилетия исследователи открыли новые способы обезвреживать вирусы – подобно тому, как эльф Герми вынимает все зубы у Снежного Монстра в мультфильме «Приключения олененка Рудольфа». Такая тяжелая работа окупилась, и генная терапия сейчас возвращается.
В 2017 году она одержала громкую победу в сражении с адренолейкодистрофией (АЛД) – заболеванием, показанным в фильме Джорджа Миллера «Масло Лоренцо». АЛД – редкое нейродегенеративное заболевание, которое поражает здоровых детей в возрасте около семи лет. По мере прогрессирования болезни дети теряют контроль над мышцами, что приводит к невозможности ходить, говорить или есть без зонда для искусственного питания. Адренолейкодистрофия вызывается мутацией в гене ABCD1, который производит белок, направляющий молекулы жиров в место разложения в клетках мозга. Когда этот белок не работает, то жиры накапливаются; в результате возникает воспаление, повреждающее мозг.
Концепция лечения АЛД проста: нужно дать пациентам нормальный экземпляр гена ABCD1, чтобы жиры расщеплялись, как им положено в природе. Исследователи успешно приспособили разновидность ретровируса – лентивирус – для доставки рабочей копии ABCD1 в стволовые клетки костного мозга, взятые у пациента. После того как в эти стволовые клетки ввели нужный ген, их пересадили обратно больному. Стволовые клетки – недифференцированные, то есть в организме могут стать клетками любого типа. Некоторые из этих генетически перестроенных клеток превращаются в клетки мозга, которые теперь уже могут решить проблему с жирами.
Быстро пришел еще один успех генной терапии – удалось вылечить буллезный эпидермолиз (БЭ) у семилетнего ребенка. БЭ – редкое заболевание, при котором кожа становится очень слабой и склонной к разрывам, куда легко попадает инфекция. Почти в половине случаев дети с БЭ не доживают до взрослого возраста. Ученые использовали генную терапию, что исправить мутантный ген в стволовых клетках, взятых у пациента. Исправленные стволовые клетки превращались в клетки кожи и выращивались в лаборатории до превращения в ткани достаточного размера, чтобы их можно было пересаживать пациенту.
С развитием более безопасной и более эффективной системы доставки с помощью вирусов генная терапия показала многообещающие результаты при бета-талассемии, некоторых формах наследственной слепоты, гемофилии (нарушения свертываемости крови) и так далее. Не за горами и дальнейшие успехи: мы расширяем наш инструментарий для редактирования генов. Ультрасовременный метод редактирования генов CRISPR/Cas9 вызвал столько ажиотажа, что стал почти расхожим термином. Технология CRISPR/Cas9, использующая компоненты бактериальной иммунной системы, действует как ножницы для ДНК – разрезание на уровне нуклеотидов убирает плохие гены или вставляет новые.
В 2015 году Цзюньцзю Хуан и его группа из Университета Сунь Ятсена в Китае создали с помощью технологии CRISPR/Cas9 первый генетически модифицированный человеческий эмбрион, чтобы исправить плохую копию гена бета-глобина, который вызывает бета-талассемию. (Для исследования использовались нежизнеспособные эмбрионы.) Как и CRISPR/Cas9, нуклеазы с цинковыми пальцами (ZFN) также могут вырезать определенные участки ДНК для вставки новых генов. Сейчас интенсивно изучается еще один метод генной терапии, включающий генную инженерию иммунной системы человека, чтобы она могла распознавать такие виды рака, как лимфома, и бороться с ними.
Один из иммунотерапевтических подходов – терапия химерного рецептора антигена (CAR) – состоит в том, что у пациента берут клетки под названием Т-лимфоциты и редактируют их на генетическом уровне, чтобы создать специальный рецептор, используемый для распознания злокачественных клеток пациента. Затем эти измененные, перепрограммированные Т-лимфоциты вводят обратно в организм человека, где они действуют как наемные убийцы, выслеживая и убивая раковые клетки.
Появление инструментов для редактирования генов означает, что мы больше не просто читатели ДНК – мы уже писатели (хотя все еще продолжаем учить язык). Но по той же самой причине, по которой мы не просим дошкольников редактировать манускрипты, большинство ученых выступают за запрет модифицирования генов в жизнеспособных эмбрионах или половых клетках: такие изменения будут передаваться по наследству и могут оказать непредсказуемые неблагоприятные эффекты на человека, а потенциально – и на его дальних потомков. Кроме того, это открывает этический ящик Пандоры: кто-то непременно возжелает редактировать гены не для медицинских целей, а для создания дизайнерских младенцев.
Как мы можем менять экспрессию генов
Мы обсуждали различные поведенческие проблемы, которые возникают не вследствие изменений в последовательности генов, а из-за степени экспрессии. На уровень экспрессии может влиять окружающая среда посредством эпигенетических механизмов, например метилирования ДНК или химического изменения гистоновых белков, взаимодействующих с генами. По мере того как ученые открывают ферменты, которые записывают, читают и стирают такие эпигенетические изменения, становится ясно, что мы можем воздействовать на это с помощью определенных препаратов. Базовое рассуждение таково. Некий ген Х отключается из-за метилирования ДНК. Когда ген Х отключен, происходят плохие вещи. Так давайте снова включим ген Х с помощью какого-нибудь препарата, способного предотвратить метилирование ДНК.
