Генное редактирование: можно ли предугадать все последствия?

Попытки внести наследуемые изменения в геном человека вызывают неоднозначную реакцию. Вот что нужно сделать, чтобы эта техника стала безопасной и приемлемой.

Желанные, но опасные: какие изменения в геноме безопасны?

Даже если бы прицельность и точность изменений во время редактирования генома были безупречными, все равно оставался бы вопрос о том, какие изменения в зародышевой линии человека могут быть безопасными. В 2017 году международное научное сообщество во главе с Национальной академией наук, биоинженерии и медицины США, определило условия, которые должны быть выполнены перед редактированием генома эмбриона человека, предназначенного для имплантации. Одно из таких условий гласит, что последовательность ДНК, полученная в результате редактирования, должна быть уже распространена в популяции и не нести в себе никакого известного риска заболевания.

Одно только это требование сделало бы наследственное редактирование генов у людей невозможным в ближайшем будущем, говорит Портьюс. Очень трудно не только предсказать точную последовательность, полученную при редактировании, но и с уверенностью сказать, что этот вариант не увеличит риск заболевания.

Например, некоторые мутации в гене PCSK связаны с более низким уровнем холестерина и, следовательно, снижают риск сердечных заболеваний. Этот ген иногда предлагают использовать для редактирования. Но лишь у некоторых людей есть эти защитные мутации, отмечает Портьюс. Те люди, которых мы знаем, здоровы, но исследователи не знают, сколько других людей с такой мутацией умерло.

Первой известной попыткой наследственного редактирования генов у людей была попытка отключить ген CCR5, который производит рецептор иммунных клеток, позволяющий ВИЧ инфицировать людей. Стоит уничтожить этот ген, и дети будут устойчивы к вирусу, рассуждал Цзянькуй Хе, который тогда работал в Южном научно-технологическом университете в Шэньчжэне, Китай. Он попытался создать мутацию CCR5, которая встречается у некоторых европейцев и связана с устойчивостью к ВИЧ. Однако исследование, проведенное на основе данных из британского биобанка (UK Biobank) и опубликованное в этом месяце показало, что делеция этого гена может также сократить продолжительность жизни.

Последствия использования некоторых вариантов генов также могут зависеть от окружающей среды и от других аллелей, присутствующих в геноме. Например, мутация CCR5 очень редко встречается среди китайского населения, а это вызывает опасения, что этот ген может быть важен для защиты от вирусов, с которыми люди чаще сталкиваются в Азии.

Все эти сложности могут затруднить редактирование наследуемых генов, отмечает Клетус Тандо Андо (Cletus Tandoh Andoh), биоэтик из университета Яунде в Камеруне. «Большинство исследований связи тех или иных генов с заболеваниями проводилось на европейцах», — говорит он. Чтобы начать применять редактирование наследуемого ДНК в Африке, сначала необходимо провести масштабные исследования генов и окружающей среды на африканском населении, утверждает он.

Лоскутные детки: как исследователи могут избежать мозаичности?

Иногда гены отличаются не только у разных людей в популяции, но и у разных клеток человека. С приходом дешевого и быстрого секвенирования генома оказалось, что это состояние, известное как мозаичность, или мозаицизм, встречается чаще, чем считалось ранее.

Мозаичность может создать проблемы для редактирования генов. В эмбрионе, подвергшемся коррекции гена, вызывающего болезнь Гентингтона, могут оказаться как исправленные, так и не исправленные клетки. Отразится ли это на здоровье получившегося в результате ребенка? Зависит от того, какие клетки будут отредактированы, а какие нет — это может быть очень трудно предсказать заранее.

Рудольф Джениш (Rudolf Jaenisch), специалист по стволовым клеткам из Института Уайтхеда в Кембридже, штат Массачусетс, сомневается, что исследователи когда-либо смогут исключить возможность мозаичности у эмбрионов. А методы анализа последовательности ДНК эмбриона основаны на том, что небольшое количество клеток отбирают для тестирования, а затем уничтожают. Исследователи не смогут проверить оставшиеся клетки. «Даже если вы поставите предимплантационный диагноз, — говорит он, — невозможно определить, насколько он точен».

Некоторые исследователи сообщают о введении механизма CRISPR-Cas9 в эмбрионы на очень ранних стадиях развития, когда они еще представляют собой всего лишь одну клетку. Такая техника позволяет избежать мозаичности, считают авторы исследования. Но это нужно будет проверить еще много раз, чтобы убедиться, говорит Перри.

Редактирование генома на столь ранней стадии развития создает новую проблему: на одноклеточной стадии нет способа отличить эмбрионы, которые несут генетическое заболевание, от остальных, предостерегает Джениш. «По определению вы будете производить вмешательство в здоровые эмбрионы, — говорит Джениш, — и подвергнете их ненужному риску».

Может ли определенная степень мозаичности быть допустимой? Зависит от заболевания, которое пытаются излечить, считает Кришану Саха (Krishanu Saha), биоинженер из Университета Висконсин-Мэдисон. «Если у нас окажется отредактировано 30% печени, а мы хотим вылечить, скажем, заболевание сетчатки, допустимо ли это?— говорит он. — Возможно, в некоторых случаях — да».

Пора все проверить: как должны проходить клинические испытания?

Пока ученым только предстоит преодолеть все эти технические сложности, и они сравнительно мало обсуждают вопрос о том, каким образом редактирование наследственного генома будет проверено в клинических испытаниях, и какие данные нужно собрать для того, чтобы метод мог перейти на этот уровень. Требования должны быть высокими, потому что изменения могут быть переданы будущим поколениям, говорит Гопин Фэн, (Guoping Feng) невролог из Массачусетского технологического института в Кембридже. «Это не такой побочный эффект, когда просто немного заурчало в животе, — говорит он. — Это навсегда».

Некоторые приводят в пример практику Управления по оплодотворению и эмбриологии человека Великобритании (HFEA), которое 14 лет анализировало данные животных и людей, прежде чем разрешило при определенных условиях использовать метод, который называется донорством митохондрий. Техника позволяет женщинам с болезнетворными мутациями в ДНК электростанций клетки — митохондрий — использовать митохондрии из яйцеклетки здорового донора во время ЭКО. Как и при редактировании генов, это может позволить родителям избежать передачи опасных мутаций. Все еще есть сомнения по поводу безопасности этой процедуры — некоторые страны, в том числе США, не разрешают ее проводить. Тем не менее, об этой методике было получено гораздо больше данных, чем сейчас у нас есть о редактировании CRISPR-Cas9 в эмбрионах, говорит Гринфилд, который входил в исследовательскую групп HFEA. (Прошло тридцать лет лабораторных исследований, прежде чем процедуру ЭКО начали применять для здоровой беременности.)

Клинические испытания на людях поставили бы множество новых проблем. Например, в течение какого времени нужно будет наблюдать за детьми с отредактированным геномом, прежде чем методику можно будет считать безопасной? Как исследователи будут отслеживать этих детей, чтобы выявлять последствия для следующих поколений? «Начнется полная неразбериха», — говорит Брайан Цвик (Bryan Cwik), биоэтик из Портлендского государственного университета, штат Орегон.

22 мая Национальная академия наук США, Национальная академия медицины США и Королевское общество Великобритании объявили о создании комиссии по изучению этих аспектов редактирования наследуемых генов. Цель группы — опубликовать отчет в следующем году. «Нам на самом деле необходимо разработать более глубокий набор критериев, — говорит Дудна. —Думаю, нам бы всем хотелось, чтобы это произошло еще раньше».

Главный вопрос: готов ли мир?

Несмотря на значительные научные трудности на пути редактирования наследуемых генов, вероятно, еще сложнее будут связанные с ним этические и социальные проблемы. Продолжаются съезды ученых, научные доклады и заявления об отношении к методике поступают из научных обществ по всему миру. В марте комиссия, созванная Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), пришла к выводу, что в настоящее время безответственно вносить наследственные изменения в геном человека. Авторы, пишущие для журнала «Нэйче», призвали ввести глобальный мораторий, а члены Национальной академии наук США, Национальной академии медицины США и Королевского общества заявили, что «мы должны достичь широкого общественного консенсуса, прежде чем принимать какие-либо решения».

Достижение глобального консенсуса — непростая задача, ведь в настоящее время большинство собраний ученых проводилось в богатых западных странах. Кевал Кришан (Kewal Krishan), антрополог из Панджабского университета в Чандигархе, говорит, что, например, в Индии очень мало обсуждают редактирование наследуемой ДНК. Также и Андо отмечает, что в некоторых африканских культурах очень велико давление на женщин, которые не смогли родить детей, и они могут подвергнуться гонениям со стороны общества. Это может стимулировать спрос.

Спрос — совершенно другое дело. На данный момент люди с генетическими заболеваниями не поднимают большого шума, говорит Шарон Терри (Sharon Terry), президент и исполнительный директор благотворительной организации «Дженетик Элайенс» (Genetic Alliance) из Вашингтона, округ Колумбия. По ее словам, со временем первоначальный энтузиазм угас по мере обсуждения проблемы, а также после того, как защитники пациентов поняли, что этот метод лечения не является единственно возможным. Многие семьи, которые опасаются, что их генетические заболевания могут передаться детям, говорили ей, что на данный момент им достаточно было бы иметь возможность провести исследование своих эмбрионов на наличие мутаций. Но скрининг вряд ли является панацеей. Он не подходит для всех пар.

Такие решения — глубоко личные, говорит Эндрю Импарато (Andrew Imparato), исполнительный директор Ассоциации университетских центров по проблемам инвалидности в Силвер Спринг, штат Мэриленд. Например, некоторые члены сообщества глухих спокойно относятся к мысли о том, что у них могут родиться глухие дети, и могут быть обеспокоены тем, что с появлением способа удаления мутаций глухоты из генома их могут вынуждать пойти на этот шаг.

Согласно опросам общественного мнения, люди чаще всего поддерживают редактирование наследуемого генома, если доказано, что оно безопасно и применятся для лечения генетических заболеваний. Опрос, проведенный Королевским обществом в Великобритании, показал, что 83% участников высказались за изменение зародышевой линии в целях борьбы с неизлечимыми заболеваниями. Но многие четко провели границу дозволенного, когда их спросили о редактировании в целях «улучшения»: 60%, например, высказались против идеи использования редактирования наследуемого генома для улучшения интеллекта.

Многие ученые и специалисты по этике проводят подобное различие между изменением генома, например, в целях повышения улучшения физических данных или изменения цвета глаз, и лечением или профилактикой заболевания. И даже тогда идут споры о том, при каких заболеваниях оправданно применять такой подход. Смертельные заболевания, которые однозначно вызваны в основном генетическими причинами — такие как болезнь Гентингтона, которая почти неизбежно наступает при наличии мутации — чаще всего приводят в качестве примеров таких болезней. Но когда дело доходит до редактирования гена, такого как PCSK9, чтобы предотвратить высокий уровень холестерина и в перспективе предотвратить сердечные заболевания, все уже совсем не так однозначно, говорит Фэн. Портьюс надеется, что в конечном счете специалисты составят список заболеваний, при которых сочтут оправданными такое вмешательство, как редактирование наследуемых генов — так же как ПГД, которое сейчас поддерживает Великобритания.

Тем не менее, некоторые люди более спокойно относятся к мысли о том, что появится больше детей с отредактированными генами. В этом месяце российский ученый заявил о том, что заинтересован в реализации проекта по редактированию генов человеческих эмбрионов. А американская медиакомпания STAT сообщила в конце прошлого месяца, что клиника по лечению бесплодия в Дубае обратилась к Хэ за советом по редактированию генов вскоре после того, как он сделал свое заявление.

Абха Саксена (Abha Saxena), биоэтик из Женевского университета, Швейцария, и бывший советник ВОЗ, надеется, что совещания будут продолжены, даже если конечная цель достижения глобального консенсуса может оказаться недостижимой. «Будем ли мы когда-нибудь готовы? Трудно сказать, — говорит Саксена. — Но человечество всегда любило рисковать».