Нобелевскую премию по химии присудили француженке Эммануэль Шарпантье и американке Дженифер Дудна за разработку «генетических ножниц» CRISPR-Cas9

Этот метод редактирования генома, позволяющий вносить точечные изменения в ДНК, поможет победить многие наследственные заболевания, прежде считавшиеся неизлечимыми. Вот только право им воспользоваться предоставят далеко не каждому, передает РИА Новости.

Экспериментально возможность редактировать геном с помощью белка-нуклеазы Cas9 Шарпантье и Дудна с коллегами доказали в 2012. Они вводили в клетки раствор с двумя видами РНК. Одна повторяла последовательность нуклеотидов, аналогичную той, которую требовалось исправить. Эта молекула помогала опознать соответствующий участок в ДНК. Вторая РНК — матричная — выступала в роли инструкции для синтеза Cas9. А он вызывал химическую реакцию, в результате которой разрывались фосфодиэфирные связи между определенными основаниями ДНК. Молекула воспринимала эти разрывы как серьезную поломку и начинала ее чинить. Этого было достаточно, чтобы выключить активность гена.

Технология редактирования оказалась настолько эффективной — по крайней мере, на клеточных культурах, — что уже к 2015 швейцарские ученые впервые модифицировали геном человеческого эмбриона. А в 2018 китайский исследователь Хэ Цзянькуй и вовсе заявил, что отредактировал ДНК человеческих зародышей перед процедурой искусственного оплодотворения. В результате, по его словам, на свет появились дети, у которых с помощью CRISPR-Cas9 был изменен ген, отвечающий за восприимчивость к ВИЧ.

Польза перевешивает вред

Научное сообщество резко осудило работу Цзянькуя, ведь редактирование ДНК может обернуться непредсказуемыми и неприятными изменениями в генах. Ученый оказался сначала в опале, а затем в тюрьме. Его статью отказались публиковать журналы Nature и JAMA. Более того, ее отклонил даже портал препринтов bioRxiv. Несколько отрывков из рукописи появились в журнале MIT Technology Review.

С тех пор все опыты с человеческим геномом в КНР вне закона. В других странах запретов нет, но ведущие генетики, в том числе нынешний нобелиат Эммануэль Шарпантье, призвали ученых на пять лет воздержаться от любых манипуляций с геномом человеческих зародышей.

Поэтому попытки исследователей повторить опыт Хэ Цзянькуя понимания не встречали. Так, когда российский ученый Денис Ребриков сообщил о намерении отредактировать геномы человеческих эмбрионов с врожденной глухотой, его раскритиковали не только коллеги, но и представители Минздрава.

Тем не менее отказываться от CRISPR-Cas9 никто не собирается. На эту технологию возлагают много надежд. Так, Нобелевский комитет отметил, что «CRISPR-Cas9 внесла вклад в инновационные методы лечения рака и может воплотить мечту об излечении наследственных болезней».

Более того, за месяц до обнародования лауреатов Нобелевской премии Международная комиссия по клиническому применению CRISPR-Cas9 выпустила объемный отчет, в котором фактически разрешила использовать «генетические ножницы» на людях, но только в некоторых случаях.

Прежде всего речь идет о серьезных наследственных моногенных заболеваниях. Причем таких, что не просто снижают качество жизни, но и «вызывают тяжелые клинические проявления и преждевременную смерть». Именно поэтому редактировать врожденную глухоту, например, нельзя, а муковисцидоз, мышечную дистрофию Дюшенна, бета-талассемию и нейродегенеративную болезнь Тея-Сакса — можно и нужно. Также в этом ряду болезнь Хантингтона, наследственная форма ранней болезни Альцгеймера и семейный аденоматозный полипоз (разновидность рака).

Обязательное условие для клинического использования CRISPR-Cas9 — высокий риск рождения потомства с этими генетическими болезнями. Если мужчина и женщина хотя бы раз потерпели неудачу в попытке стать родителями, им можно разрешить редактировать геном эмбриона перед имплантацией в матку.

Кроме того, авторы отчета подчеркивают: мутантный вариант гена после редактирования должен превращаться только в здоровый, известный и распространенный в популяции. На эмбрионах, у которых в ДНК нет патогенной мутации, использовать CRISPR-Cas9 строго запрещено.

Иными словами, корректировать гены, связанные с цветом глаз или интеллектом, нельзя. Не получится добавить в ДНК дополнительные гены и так, как это делают с растениями. Например, когда ученые из Вашингтонского университета (США) внедрили ген кролика в ДНК эпипремнума золотистого (Epipremnum aureum), растение лучше очищало воздух. С человеческими эмбрионами подобное запрещено.

- Эти условия вполне реальны лишь в некоторых случаях. Для остальных только один выход — доимплантационная генетическая диагностика и отбор "здоровых" зародышей. Однако порой все эмбрионы супружеской пары несут патогенный вариант. Тогда геномное редактирование зародыша — единственный шанс родить здорового ребенка. Но технологию нельзя применять для "дизайна детей", то есть выбора цвета глаз или волос. Также, если для лечения заболевания уже есть эффективный препарат или технология (как в случае с ВИЧ), редактирование эмбрионов нецелесообразно. Именно такие ситуации отсекаются в отчете. Однако если точно известно, что общепринятое лечение по каким-то причинам не подходит в данном конкретном случае, стоит рассмотреть и вариант генетических ножниц, — отметила в разговоре с РИА Новости заведующая лабораторией редактирования генома ФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н. П. Бочкова», кандидат медицинских наук Светлана Смирнихина.

Полного списка болезней, при которых разрешается использовать CRISPR/Cas9, авторы отчета не предоставили. Зато нечто похожее минувшим летом опубликовали российские генетики. Проанализировав данные международной базы ClinVar, они выделили 21 такое заболевание.

По словам Светланы Смирнихиной, не исключено, что этот перечень расширится, ведь новые инструменты генетического редактирования появляются практически каждый месяц. Важно при повсеместном распространении технологии не допустить снижения ее качества и нежелательных изменений в ДНК эмбриона.

Nature (США): генная терапия в борьбе с ужасным недугом

Генная терапия окончательно зарекомендовала себя в качестве перспективного метода лечения некоторых генетических заболеваний, сейчас она пытается побороть серповидноклеточную анемию, весьма сложное заболевание, от которого страдают около 20 миллионов человек во всем мире.

ля матери Граевиса Бакатунканды симптомы болезни ее сына были слишком хорошо известны: если сын вдруг терял интерес к еде, значит, скоро жди приступа боли, который наступал каждую неделю, будто по расписанию. И Граевис, этот застенчивый и худощавый парень, живший тогда в Демократической республике Конго, всякий раз после приступа оказывался в ближайшей больнице, где ему для обезболивания вводили морфий и постоянно ставили один и тот же диагноз — малярию.

Но врачи оказались не правы: виновником заболевания Бакатунканды оказались совсем не малярийные паразиты, а эритроциты крови. Некоторые из клеток-эритроцитов, которые в норме должны быть мягкими и упругими, вдруг деформируются и становятся жесткими, будто деревянные щепки. Затем они попадают в кровоток и транспортируются к жизненно важным органам, — именно в этот момент наступают сильные боли, отдающие в спину и грудь.

И только в 2003 году, после переезда в Кейптаун (Южная Африка), семья Бакатунканды узнала, что их сын страдает серповидноклеточной анемией, одним из самых распространенных генетических заболеваний, которое изучалось к тому моменту уже более века. Но диагноз — полдела, он мало помогал облегчить страдания Граевиса: ему прописывали буквально целый коктейль из лекарств, но это не помогало (заметим, что каждое из прописанных лекарств было изобретено более полувека назад, но ни одно не было разработано специально для лечения серповидноклеточной анемии).

Сейчас Бакатунканде 22 года. И вот на горизонте появляются наконец современные методы лечения серповидноклеточной анемии с помощью генной терапии. После десятилетий работы и нескольких крупных неудач методы генотерапии, позволяющие изменять геном человека, начали рекомендовать для лечения некоторых редких заболеваний. В настоящее время ученые работают над тем, чтобы воспользоваться последними достижениями медицины (в том числе такими методиками, которые используют новейшие технологии редактирования генов) для борьбы с серповидноклеточной анемией, от которой страдают около 20 миллионов человек во всем мире. Уже были проведены более полудюжины клинических испытаний; планируется провести еще больше. «Сейчас исследования проводятся буквально с одно за другим, — поясняет Лакшманан Кришнамурти (Lakshmanan Krishnamurti), специалист в области детской гематологии из Университета Эмори в городе Атланте, штат Джорджия. — Да, наступили интересные времена».

Но серповидноклеточная анемия — серьезный вызов для генотерапии, причем как с этической, так и с технологической точек зрения. Дело в том, что генная терапия как метод лечения возникла в особых условиях, цены на использование ее методик в здравоохранении начинаются от одного миллиона долларов США. Однако, серповидноклеточная анемия распространена в таких регионах мира, как Африка к югу от Сахары, Индия и Карибский бассейн, где лишь считанным единицам по карману оплата столь внушительных счетов за использование методов генотерапии. Если говорить об экспериментальных методиках лечения серповидноклеточной анемии, то и здесь пациент тоже вынужден сталкиваться с большими трудностями, — ему необходимо длительное пребывание в стационаре, при этом врачи должны обладать высокой квалификацией, — а такой медперсонал имеется в основном только в крупных научных медицинских центрах. Но даже те из пациентов, у которых есть доступ к совсем недешевым медицинским услугам, все равно вынуждены рисковать, — но стоит ли это делать?

По мере поступления все новых и новых данных испытаний ученые пытаются усовершенствовать методики лечения, а спонсоры вплотную подошли к решению вопроса о доступности этих методик. И вот 23 октября Национальный институт здравоохранения США (NIH) совместно с Фондом Билла и Мелинды Гейтс объявили, что в течение четырех последующих лет они собираются инвестировать не менее 200 миллионов долларов, чтобы сделать методы лечения серповидноклеточной анемии и ВИЧ более доступными.

Бакатунканда основал группу поддержки людей с серповидноклеточной анемией. Он уверен, что генная терапия, если она вдруг действительно окажется эффективной, несмотря на ее высокую стоимость и неимоверную сложность, когда-нибудь дойдет и до его родины. «Я уверен, так и будет, потому что Южная Африка на подъеме», — говорит он.

Но все же и ему и другим людям, страдающим этой болезнью, нужно оставаться реалистами. «У моих пациентов есть доступ в интернет, и теперь они подходят ко мне и спрашивают: „А можем ли мы пройти курс генной терапии?", — говорит Дипти Джейн (Dipty Jain), педиатр из Государственного медицинского колледжа в г. Нагпуре, Индия. — Я отвечаю им: „Пока что это не для вас"».

Медицинская революция

Для серповидноклеточной анемии характерны удлиненные клетки-эритроциты, имеющие необычную форму. Впервые их нашли в 1910 году в крови у молодого студента-стоматолога Уолтера Клемента Ноэля (Walter Clement Noel), уроженца Гренады в Вест-Индии. Сорок лет спустя стал постепенно проясняться механизм, лежащий в основе этого заболевания, когда биохимик Лайнус Полинг (Linus Pauling) вместе с коллегами сообщил, что изменения в структуре гемоглобина — т.е. белка, переносящего кислород, обнаруженного в эритроцитах, — приводят к изменению формы клеток крови.

В данной публикации ученым впервые удалось отследить на молекулярном уровне последствия этого генетического расстройства. Полинг назвал причину — «молекулярная болезнь». Несколько лет спустя исследователи определили, что это генетическое расстройство возникает из-за изменений, происходящих в белке β-глобина. Именно мутация, имеющая место в обеих копиях гена, кодирующего данный белок, приводит к серповидноклеточной анемии; одна мутантная копия коррелирует с небольшим количеством симптомов и защищает владельца от паразитов, обитающих в крови, например от тех, которые вызывают малярию. Отчасти это является причиной того, что серповидноклеточная анемия особенно часто встречается в регионах мира, эндемичных по малярии. «Это действительно базис, на основе которого было разработано все, что нам сегодня известно о медицинской генетике человека», — поясняет Амбруаз Вонкам (Ambroise Wonkam), генетик из Кейптаунского университета. 

По мнению гематолога Олу Акинянджи (Olu Akinyanju), основателя и первого председателя Фонда серповидных клеток (базируется в г. Лагосе, Нигерия), спустя семьдесят лет после открытия Полинга, серповидноклеточная анемия по-прежнему недостаточно диагностируется во многих африканских странах. Тем не менее, ранняя диагностика — спаситель человеческих жизней. Ежегодно рождается более 300 тысяч человек, страдающих от серповидноклеточной анемии, и большинство из них не доживет до пятилетнего возраста, если не будет принимать профилактические антибиотики и вакцины, подавляющие прочие инфекции. А те, кто выжили, столкнутся с риском появления приступов боли; кроме того, им угрожает инсульт или инфекционное заражение.

Тесная связь серповидноклеточной анемии со странами с низким уровнем дохода означает, что в прошлом это заболевание практически не привлекало внимание фармацевтических компаний и правительств богатых стран. Многие африканские государства и без того сталкиваются со столь острыми проблемами в области общественного здравоохранения, что серповидноклеточная анемия пока что не является для них приоритетной целью, говорит Акинянджу, который на протяжении нескольких десятилетий пытается заставить африканские правительства перейти к разработке планов лечения этого заболевания.

Однако за последние десять лет Акинянджу и его соратники заметили положительные сдвиги. Теперь пациенты, страдающие от серповидноклеточной анемии, стали жить дольше, поскольку медики и прочие активисты настаивают на проведении обследования новорожденных и оказании медпомощи на ранних стадиях. Теперь ситуация не столь ужасна, как раньше. Акинянджу с гордостью называет имена своих друзей, у которых диагностирована серповидноклеточная анемия, — все эти люди дожили до 60 лет и стали врачами, судьями, путешественниками.

Для того, чтобы привлечь ученых и фармацевтические компании к исследованию этой болезни, большую роль сыграли также Всемирная организация здравоохранения и Американское общество гематологии. «Такие люди как Бакатунканда и другие иммигранты также способствовали тому, что в более богатых странах увеличилась осведомленность об этом заболевании крови», — добавляет Вонкам. Судя по всему, такое внимание к заболеванию не прошло напрасно. И вот 25 ноября Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) США одобрило препарат для лечения серповидноклеточной анемии, который должен снижать агрегацию молекул гемоглобина.

Может показаться, что для лечения этого, пожалуй, одного из самых известных в мире генетических заболеваний, естественный выход — это генная терапия. Но здесь возникает множество проблем и неудач. Первые попытки использовать генную терапию были омрачены громкой смертью Джесси Джелсинджера (Jesse Gelsinger) в 1999 году, который участвовал в одном из первых клинических испытаний. Во время испытаний была использована процедура замены генов иммунной системы в стволовых клетках крови, но эта процедура вызвала лейкемию у нескольких участников.

Как считает гематолог Дэвид Уильямс (David Williams) из Бостонской детской больницы в штате Массачусетс, после смерти Джесси Джелсинджера некоторые специалисты стали считать, что применять генную терапию при серповидноклеточной анемии несколько преждевременно. «Серповидноклеточная анемия не является смертельной болезнью, — добавляет Уильямс. — И поэтому, в некотором смысле, было бы безнравственно лечить страдающих от нее людей с помощью очень рискованных экспериментальных методик».

Кроме того, используемые инструменты еще не способны выполнить поставленную задачу, говорит Дональд Кон (Donald Kohn), специалист по детской трансплантации костного мозга из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Вот если бы ученым удалось переключиться на нормальный ген гемоглобина и увеличить выработку непатогенного белка — это было бы хорошим средством, нейтрализующим негативное воздействие серповидных эритроцитов. «В прошлом технологии генотерапии не могли экспрессировать гены в клетках человека на столь высоком уровне», — поясняет Кон.

Но, несмотря на неудачи, некоторые исследователи генной терапии настаивали на разработке более безопасных и более эффективных способов переноса генов в клетки. Успех был достигнут в 2016 году, когда Европейская комиссия одобрила генную терапию для лечения тяжелого комбинированного иммунодефицита (дефицит аденозин дезаминазы — ADA-SCID), редкого иммунологического нарушения, из-за которого дети подчас не доживают до своего первого дня рождения. Затем, в 2017 году, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило генную терапию для лечения одной из редких форм слепоты.

К тому времени некоторые исследователи, вооружившись более совершенными инструментами и опираясь на достижения биотехнологической промышленности, вновь обратили внимание на серповидные клетки. В настоящее время в опытах используются различные подходы. Для борьбы с серповидными клетками Кон пытается вставлять копию модифицированного гена β-глобина. То же самое пытается делать компания Bluebird Bio из Кембриджа, штат Массачусетс. По словам Ярона Вербера (Yaron Werber), аналитика в области биотехнологии из компании Cowen, предоставляющей финансовые услуги в Нью-Йорке, компания Bluebird Bio, похоже, первой получит одобрение для вывода на рынок США своей терапии.

Другие ученые предлагают вводить модифицированные копии генов, кодирующих фетальный гемоглобин (т.е. белок, который вырабатывается в развивающемся плоде и обычно отключается вскоре после рождения младенца). Фетальный гемоглобин — вещь заманчивая, поскольку действует столь же эффективно, как и его аналог — обычный гемоглобин, циркулирующий во взрослом организме; фетальный гемоглобин предотвращает агрегацию дефектных молекул гемоглобина.

Третий подход заключается в том, чтобы заблокировать механизм, который отключает после рождения человека выработку фетального гемоглобина. В данном случае роль «выключателя» выполняет белок BCL11A, и его подавление у мышей, страдающих серповидноклеточной анемией, способно поддерживать уровень фетального гемоглобина на высоком уровне даже после рождения, а также предотвращать симптомы серповидноклеточной анемии. В Бостоне Уильямс получил лицензию на технологию Bluebird Bio, использующую так называемую методику РНК-интерференции, призванную снизить экспрессию гена, кодирующего белок BCL11A в стволовых клетках крови. Компания Sangamo Therapeutics из Ричмонда, штат Калифорния, в партнерстве с компанией Sanofi (базируется в Париже), использует инструменты редактирования генов под названием «цинковопальцевые нуклеазы» (ZFNs) для создания мутаций, которые отключают этот ген. А компания Vertex Pharmaceuticals из Бостона совместно с CRISPR Therapeutics из Кембриджа, штат Массачусетс, пытается сделать то же самое, используя технику редактирования генов CRISPR-Cas9. Во всех трех подходах кроветворные стволовые клетки удаляются из организма, после чего генетически модифицируются (зачастую с помощью вируса) и затем вновь вводятся в костный мозг. Перед операцией по замене клеток пациенты обычно подвергаются химиотерапии с помощью препарата «бусульфан»; эта процедура направлена на уничтожение оставшихся больных стволовых клеток и призвана содействовать распространению вновь введенных, генетически модифицированных клеток.

Такой способ терапии является рискованным, поскольку у пациента может развиться острая и даже тяжелая форма анемии. При использовании данной терапии происходит уничтожение лейкоцитов и наносится удар по слизистой оболочке кишечника, при этом организм становится зависимым от внутривенного питания. Многим пациентам придется пролежать в больнице месяц и больше. Кроме того, химиотерапия вызывает бесплодие, а в более позднем возрасте — рак.

Это означает, что генная терапия, вероятно, будет применяться только в отношении тех пациентов, у которых диагностируются наиболее серьезные формы серповидноклеточной анемии. Но у многих из этих людей и впоследствии будет наблюдаться возникновение побочных эффектов в виде болезней сердца, почек или печени, из-за чего химиотерапию следует признать слишком опасной.

Есть и другие причины, в силу которых серповидноклеточную анемию сложно лечить. Во многих случаях, когда врачи осуществляют забор костного мозга, пациенты сначала должны получать препарат, облегчающий сбор стволовых клеток крови. Но данная операция слишком опасна для людей, страдающих от серповидноклеточной анемии, поскольку в результате этого увеличивается риск возникновения приступов боли. И поскольку дефектные эритроциты погибают быстрее, чем здоровые, стволовые клетки у человека, страдающего с серповидноклеточной анемией, должны работать усерднее, чтобы воспроизводить все новые и новые эритроциты. В результате пациенты подчас нуждаются в переливании крови непосредственно перед забором костного мозга, чтобы ослабить нагрузку на стволовые клетки. Но стоило только появиться первым признакам успеха, как о них повсюду раструбили. Так, у одного из пациентов, подвергнутого в лаборатории Уильямса РНК-интерференции, не наблюдалось никаких осложнений в течение года. И первый пациент, подвергнутый терапии с использованием CRISPR, после завершения изнурительного курса лечения покинул больницу. А 19 ноября компании Vertex и CRISPR Therapeutics объявили о том, что у пациента не наблюдалось никаких приступов боли; при этом уровень фетального гемоглобина у него оставался высоким на протяжении четырех месяцев. Оба клинических испытания вызвали восторг в СМИ, порой даже слишком большой. «Сейчас мне трудно принять то чрезмерное воодушевление, с которым люди реагируют на тот факт, что один из пациентов был выписан из больницы. Как будто это равносильно лечению, — говорит Алексис Томпсон (Alexis Thompson), гематолог из Северо-западного университета в Чикаго, штат Иллинойс. — Это достижение не слишком большое».

И все же повод для осторожного оптимизма есть. Пока что ни одно из упомянутых нами клинических испытаний не было остановлено по соображениям безопасности. Как сообщила компания Bluebird Bio, у нее проходили курс терапии 13 человек, некоторые из которых наблюдались на протяжении года после выписки, при этом каких-либо серьезных болевых приступов у них замечено не было. В июне использованная генная терапия была одобрена в Европейском союзе для лечения некоторых пациентов с еще одним генетическим заболеванием крови — β-талассемией.

Но главной проблемой для многих людей является стоимость лечения. Так, например, курс лечения β-талассемии стоит около 1,8 миллиона долларов США, причем сюда не входит пребывание в больнице и прочие сопутствующие расходы.

И все же, по сути, это дешевле, чем та сумма, которую пациенту придется выкладывать в течение всей своей жизни, говорит Мани Форухар (Mani Foroohar), аналитик инвестиционного банка SVB Leerink из Бостона, штат Массачусетс. Кроме того, компания Bluebird Bio установила необычный способ оплаты: график платежей растянут на пять лет и, если эффект от лечения вдруг сходит на нет, то платежи можно прекратить. Тем не менее, говорит Форухар, неясно, возможно ли будет использовать данную модель оплаты в других регионах мира.

Столь гигантские суммы, необходимые для прохождения курса лечения, безусловно, совсем не по карману большинству пациентов, проживающих, например, в центральной Индии, которые едут в больницу к Дипти Джейну, поскольку не могут позволить себе выложить всего около трех долларов в месяц за обычные лекарства. Даже в Соединенных Штатах доступ к генной терапии окажется, вероятно, не всем по карману. Особенно это касается чернокожих американцев, у которых доступ к медицинской помощи, как правило, более ограниченный, чем у белых американцев. И хотя клинические испытания находятся пока на ранней стадии, Кришнамурти призывает заинтересованных людей уже сейчас поднимать вопрос о доступности терапии. «Это огромная этическая проблема, — подчеркивает Кришнамурти (а ему еженедельно приходится в своей больнице, расположенной в городе Атланта, консультировать пациентов, страдающих от серповидноклеточной анемии). — В своем сообществе я постоянно пишу: „Вам лучше сказать свое веское слово, иначе решения будут приниматься без вашего участия"».

В детской больнице, расположенной в городе Цинциннати, штат Огайо, гематолог Пунам Малик (Punam Malik) хочет приблизить тот день, когда генная терапия станет более дешевой, а ее методы более простыми. Малик получала медицинское образование в Индии, где ей довелось увидеть множество людей, страдающих от серповидноклеточной анемии и сопутствующих заболеваний. Когда Малик иммигрировала в Соединенные Штаты около 30 лет назад, она поклялась, что постарается сделать все, чтобы плоды ее исследований помогли жителям небогатых стран.

В настоящее время Малик проводит исследование, в котором предусматривается введение стволовых клеток, продуцирующих фетальный гемоглобин. Ученые вводят низкие дозы препарата под названием «мелфалан», удаляющего больные клетки из костного мозга, что должно сделать лечение менее токсичным, чем при использовании «бусульфана». Малик надеется, что благодаря этой методике пациенты будут избавлены от необходимости длительного пребывания в стационаре. Кроме того, данная методика, по её мнению, удешевит курс лечения, сделав его более безопасным и эффективным.

Однако данная методика была подвергнута критике со стороны других ученых, которые рассуждают следующим образом: если использовать малые дозы препарата, то некоторые клетки так и останутся дефектными, а терапия будет не столь эффективной. «Это слишком смелый подход», — говорит Стюарт Оркин (Stuart Orkin), специалист по заболеваниям крови из Бостонской детской больницы.

Малик полагает, что после того, как стали считать эффективной высокую дозу препарата, ее трудно уменьшить. Малик проводит аналогию с химиотерапией рака: так, при некоторых видах рака врачи уменьшали дозу некоторых лекарств и обнаруживали, что их эффективность оставалась на том же самом уровне, что и при использовании более высоких доз, вводимых первоначально. Но онкологам потребовались десятилетия, чтобы принять этот вывод.

Попытки Малик столкнулись с практикой экспорта методов генной терапии в более бедные регионы мира. Команда врачей под руководством Малик заручилась поддержкой со стороны Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, которое выдало разрешение на проведение клинических испытаний только в детской больнице Цинциннати. Но после того, как Малик выступила с докладом на конференции, которая проводилась на Ямайке, один из посетителей, страдавший серповидноклеточной анемией, подошел к ней с просьбой о помощи и рассказал, что во время болевых приступов ему часто приходится лежать в больницах.

После этого Малик стала развивать сотрудничество с Ямайкой. «Я была уверена в том, что сделать это необходимо», — говорит Малик. Ей и ее коллегам потребовалось около двух лет, чтобы получить все необходимые разрешения и финансирование. Однако после этого врачи уже на Ямайке столкнулись с другой проблемой — нехваткой качественной крови для переливания.

Уже в апреле команда врачей сообщила, что первый пациент в последующие 18 месяцев после выписки испытал всего лишь два болевых приступа и у него сохранился высокий уровень гемоглобина. По словам Малик, в настоящее время врачи приступили к лечению второго пациента; на очереди еще двое.

Проблема заключается не только в стоимости и методиках, но и в наличии опытных клиницистов и медицинских учреждений, которые способны проводить трансплантацию стволовых клеток. В сельских местностях уже решается проблема с обеспечением пациентов гидроксикарбамидом, относительно дешевым лекарственным средством, которое снижает частоту возникновения болевых приступов. «Не могу себе представить, что в этих местах когда-нибудь появятся специалисты, способные осуществлять долгосрочное наблюдение за пациентами, прошедшими курс лечения с помощью генной терапии», — говорит антрополог Дуана Фуллвайли (Duana Fullwiley) из Стэнфордского университета в Калифорнии.

При этом некоторые полагают, что о подобных проблемах думать еще рановато. «Если мы усовершенствуем технологию, то когда-нибудь она станет доступной, — говорит Амбруаз Вонкам. — Но, мне кажется, цена сейчас не главная проблема. Акцент должен быть сделан на эффективности терапии».

Однако другие специалисты полагают, что именно сейчас пришло время задуматься о проблеме глобального доступа к передовым методам лечения. Если этого сейчас не делать, то, по словам директора Национального института здравоохранения (NIH) Фрэнсиса Коллинза (Francis Collins), данное положение дел «следовало бы считать безнравственным».

Коллинз полагает, что ключом к выполнению проекта NIH совместно с фондом Гейтса станет поиск путей доставки исправленных генов или инструментов для редактирования генов прямо в стволовые клетки костного мозга, предварительно не удаляя эти клетки из организма. Этот метод удешевит терапию и упростит доставку генов. По словам Коллинза, данная задача слишком амбициозна, поэтому вполне понятно, что ее иногда встречают со скептицизмом. «Порой, когда у меня возникали смутные сомнения, я говорил себе: „Парень, ты вышел за пределы реальности"», — добавляет Коллинз.

По словам Дональда Кона, уже выдвигаются следующие идеи: те самые вирусы, которые в лабораторных условиях обычно используются для переноса генов в клетки, помещенные в чашку Петри, можно сначала модифицировать, а потом с помощью этих вирусов вставлять гены в кроветворные стволовые клетки прямо в организме человека. «Это слишком трудная задача, — добавляет Кон. — Но и наука тоже ведь быстро развивается».

Для Бакатунканды спасением от серповидноклеточной анемии оказались совсем не лекарства, а старение организма. По его словам, некоторые люди, страдающие от серповидноклеточной анемии, гораздо хуже переносят эту болезнь в детстве, чем в зрелом возрасте, и Бакатунканде думается, что он как раз один из таких людей. Нет-нет, он окончательно не избавился от приступов боли, но они донимают его уже не так часто, как в детстве. А в последние месяцы он даже стал вести более активный образ жизни, — теперь он ходит в походы, занимается бодибилдингом, а ведь когда-то все это по медицинским показаниям было ему противопоказано. «Теперь я знаю, что способен на многое», — говорит он.

Тем не менее Бакатунканда предпочел бы жить без постоянного страха от ожидания очередного приступа боли и припадка. Ему известно, что у генной терапии большое будущее. Но сможет ли генная терапия создать необходимое лекарство, — на этот вопрос ясного ответа пока нет. И Бакатунканда об этом знает. По его словам, он, конечно, не отказался бы от генной терапии, но на сегодняшний день она не дает твердых гарантий.

Нанотела помогут CRISPR включать и выключать гены в клетках

Генетический инструмент CRISPR сравнивают с молекулярными ножницами за его способность вырезать и заменять генетический код в ДНК. Но CRISPR обладает способностями, которые могут сделать его полезным и для других задач, помимо генетического ремонта.

В результате недавнего исследования ученые выяснили, что CRISPR может точно определять местонахождение определенных генов. Биологи прикрепили CRISPR к нанотелам, чтобы помочь им выполнять определенные действия, когда они достигают нужного места на ДНК.

Новый метод, представленный в журнале Nature Communications, позволит исследователям изучать новые терапевтические применения в области эпигенетики — изучения поведения генов внутри клеток.

Каждая клетка человеческого тела имеет одну и ту же ДНК — полный набор генов, но не каждый ген включен в каждой клетке. У некоторых клеток есть определенные гены, которые «приказывают» клетке производить определенные белки. У одних эти гены выключены, а у других включены. Иногда, как в случае с генетическими заболеваниями, это переключение идет наперекосяк. Новый инструмент, созданный в лаборатории Лакрамиоара Бинту, доцента кафедры биоинженерии в Стэнфорде, может исправить эти ошибки.

Он гораздо сложнее ножниц, потому что обычный CRISPR не может включать и выключать гены контролируемым образом без нарушения ДНК. Чтобы внести изменения без вреда для ДНК, CRISPR нужна помощь других крупных сложных белков — эффекторов. С помощью нового комбинированного инструмента CRISPR находит нужный ген, а эффектор может «щелкнуть выключателем».

Проблема в том, что эти эффекторные молекулы обычно слишком велики, чтобы легко доставлять их в клетку для терапевтического использования. Еще больше усложняет ситуацию то, что несколько эффекторов обычно используются в комбинации для точного регулирования специфического клеточного поведения. Это делает комбинацию CRISPR-эффекторов еще больше, следовательно, ее сложнее производить и доставлять.

Чтобы обойти это препятствие, команда ученых обратилась к более мелким белкам — нанотелам. Нанотела не заменяют эффекторы. Вместо этого они действуют как крошечные крючки, которые ловят необходимые эффекторы, которые уже находятся внутри клетки. Требуется лишь выбрать правильное нанотело, и оно задействует нужный эффектор для переключения.

Новый метод можно использовать для исправления эпигенетических дефектов без необходимости комбинировать CRISPR с большими эффекторами.

На данный момент техника находится на стадии проверки правильности концепции. Следующим шагом для команды будет отсортировать миллионы потенциальных нанотел и выяснить, как прикрепить их к CRISPR для нацеливания на конкретные эпигенетические нарушения.

Новая органическая супрамолекула на основе ДНК умеет собирать свет

Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) синтезировали новый тип органической светособирающей супрамолекулы на основе ДНК. Двойная спираль ДНК действует как каркас для организации хромофоров (то есть флуоресцентных красителей), которые действуют как доноры электронов, и бакиболов — акцепторов электронов — в трех измерениях, чтобы избежать самотушения.

Органические молекулы, которые захватывают фотоны и преобразуют их в электричество, имеют важные применения для производства зеленой энергии. Для светособирающих комплексов необходимы два полупроводника, донор электронов и акцептор. Насколько хорошо они работают, измеряется их квантовой эффективностью — скоростью, с которой фотоны превращаются в электронно-дырочные пары.

Квантовая эффективность считается ниже оптимальной, если имеет место «самогашение», когда одна молекула, возбужденная входящим фотоно