Редактирование ДНК в теле человека и другие важные открытия в генетике
Первая операция по изменению ДНК в организме человека и человеческого эмбриона, точнейшие технологии редактирования генов на основе CRISPR и громкие истории излечения тяжелых наследственных заболеваний. О самых важных последних открытиях в генетике - в материале «Футуриста»
Важнейшее достижение в медицинской генетике - расширяющееся использование технологий редактирования генома человека как для изучения генетических механизмов, контролирующих ранние этапы развития эмбриона, патогенеза наследственных заболеваний, так и для коррекции генетических дефектов. От экспериментов на клеточных линиях и животных в прошлом году перешли к клиническим испытаниям редактирования генома для терапии наследственных болезней на человеке, рассказывает Вера Ижевская, доктор медицинских наук, заместитель директора по научной работе Медико-генетического научного центра РАН.
В США одобрили генную терапию на людях
В августе Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило генную терапию CAR-T против лейкемии у детей. Этот метод заключается в генетической модификации собственных клеток крови пациента. Врачи сначала собирают T-лимфоциты пациента, а затем в лаборатории перепрограммируют их. Затем клетки помещают обратно в тело, где они начинают активнее разрушать раковые клетки. Всего через два месяца ведомство одобрило еще одну CAR-T терапию, на этот раз предназначенную для лечения агрессивной неходжкинской лимфомы у взрослых.
И, наконец, в декабре было получено разрешение на использование Luxturna – терапии, направленной на модификацию одного конкретного гена непосредственно в теле пациента. Этот метод используется при лечении редкой формы унаследованной слепоты – врожденного амавроза Лебера. Это состояние вызывается мутацией в гене RPE65. В каждый глаз пациента вводится инъекция, которая доставляет правильную копию гена RPE65 непосредственно в клетки сетчатки. Однако это лечение очень дорогостоящее: аналитики подозревают, что одна процедура может стоить до 1 миллиона долларов. Подобные процедуры проводили в экспериментальном порядке в Великобритании еще в 2008 году. Тем не менее, одобрение метода на государственном уровне – значимое событие.
Генная терапия восстановила кожу семилетнего мальчика
Кожа ребенка с буллезным эпидермолизом
В ноябре итальянские исследователи объявили, что комбинация генной терапии и лечения с помощью стволовых клеток почти полностью восстановила кожу семилетнего мальчика, страдающего редким наследственным заболеванием – буллезным эпидермолизом. Оно вызывается мутациями в генах LAMA3, LAMB3 и LAMC2, которые отвечают за образование белка ламинина-332. В этом состоянии кожа и слизистые оболочки покрываются болезненными волдырями и становятся чувствительными к незначительным механическим повреждениям.
Исследователи взяли здоровые клетки кожи у пациента, и на их основе вырастили культуры кожи, в которые с помощью ретровирусов ввели здоровую копию гена LAMA3. Модифицированный ген попадал при этом в произвольное место, однако это не нарушило работу других генов. Затем трансгенную кожу привили ребенку на открытые участки дермы. В течение 21 месяца восстановилось около 80% его кожи.
По словам авторов исследования, прогнозы Хассана были очень плохими: он потерял почти весь эпидермис, был истощен и ему постоянно требовался морфин. В течение года перед началом эксперимента он питался через трубку, и поддержание его жизни стоило огромных усилий. Ему пытались пересадить кожу отца и использовать искусственные аналоги, но они не приживались. Сейчас мальчику 9 лет, он ходит в школу и чувствует себя хорошо. Это достижение свидетельствует о возможности лечения генетических заболеваний, которые считались неизлечимыми.
«Генные ножницы» стали гораздо точнее
Технологию CRISPR часто называют " генными ножницами" за ее способность вырезать и вставлять необходимые фрагменты ДНК легче, чем когда-либо прежде. Однако одним из главных препятствий на пути ее использования для лечения человеческих заболеваний являются так называемые внецелевые эффекты – непредусмотренные изменения в геноме после редактирования целевого участка. И все же эту технологию неуклонно совершенствуют. В 2017 году ученые объявили, что теперь с помощью CRISPR можно вносить изменения в РНК – для этого требуется белок Cas13.
Кроме того, в этом году стало широко известно о технологии, способной вносить точечные изменения в ДНК и РНК вместо того, чтобы вырезать и заменять целые фрагменты. Геном человека содержит шесть миллиардов химических оснований – A (аденин), C (цитозин), G (гуанин) и T (тимин). Эти буквы соединяются попарно ( A с T, а C с G), образуя двойную спираль ДНК. Стандартные методы редактирования генома, в том числе CRISPR-Cas9, делают двухцепочечные разрывы в ДНК. Однако это слишком грубое решение проблемы, особенно в случаях, когда необходимо исправить точечную мутацию.Технология базового редактирования (ABE) предлагает более эффективный и чистый вариант: она позволяет точечно заменить одну букву в паре на другую. Белок Cas, в технологии CRISPR разрезающий нити ДНК, теперь просто прикрепляется к нужному месту цепочки и приносит с собой другой белок, меняющий одну генетическую букву на другую. ABE не заменяет технологию CRISPR, а является альтернативным вариантом на случай, если требуется внести более тонкие изменения в геном.
ДНК отредактировали прямо в организме человека
Брайан Мадо с невестой перед операцией
В ноябре американские ученые впервые отредактировали ДНК прямо в теле пациента. Как правило, методы лечения, затрагивающие генетику пациента, основываются на манипуляциях вне человеческого тела. Но в этот раз была использована капельница, которая доставила миллиарды копий корректирующего гена в тело пациента вместе с генетическим инструментом, разрезающим ДНК в нужном месте и освобождающим место для нового гена.
44-летний Брайан Мадо страдает синдромом Хантера – метаболическим заболеванием, при котором углеводы накапливаются в организме из-за недостатка определенных ферментов. До этого эксперимента мужчина перенес уже 26 операций. О результатах процедуры можно будет судить через несколько месяцев: в случае успеха его организм сможет производить необходимый фермент самостоятельно, и ему не придется проходить еженедельную терапию.
"После этого биотехнологическая компания Sangamo Therapeutics начала набор участников клинических испытаний этого метода с гемофилией B, синдромом Гурлера и синдромом Хантера . В случае успешных клинических испытаний появляется надежда на появление эффективных методов лечения наследственных заболеваний, прежде считавшихся неизлечимыми", - комментирует Вера Ижевская.
Первые операции по изменению ДНК эмбриона человека
В сентябре в Китае провели первую в мире операцию по редактированию генома человеческого эмбриона. Исследователи использовали упомянутую выше технологию редактирования базовых оснований ДНК, чтобы излечить бета-талассемию — заболевание, при котором нарушается синтез гемоглобина. Операция проводилась на синтезированных в лаборатории эмбрионах. Чуть позже об экспериментах по редактированию генома эмбриона рассказали шведские ученые.
"Одной из наиболее впечатляющих работ по изменению генома человека является исследование международной группы ученых в США, под руководством Шухрата Миталипова, сообщивших об успешном исправлении мутации гена MYBPC3, приводящей к гипертрофической кардиомиопатии, при редактировании гена эмбрионов человека", - комментирует Вера Ижевская.
Ранее эксперименты проводились на зародышах мышей. Это исследование пролило свет на потенциальное решение проблемы мозаицизма – наличие в тканях генетически различающихся клеток. Если у эмбриона есть две разные копии одного и того же гена, и впоследствии какие-то клетки получают нормальную версию, а какие-то – мутантную, что ведет к различным заболеваниям. Опыты показали, что если ввести CRISPR/Cas-редактор почти одновременно с оплодотворением, то этого можно избежать.
Генетическое тестирование
Одним из ярких инфоповодов уходящего года стала история биохакера Сергея Фаге, который утверждал, что он контролирует свое состояние, опираясь на результаты генетического тестирования. Однако эта методика очень противоречива. Исследование генома человека для определения его происхождения, склонности к тому или иному виду спорта и т.д., - относится к так называемой развлекательной генетике. Их проведение не требует специальной медицинской лицензии, как правило они выполняются коммерческими компаниями. Однако нередко на рынке предлагаются генетические тесты для подтверждения наследственного заболевания у больного, выявления мутаций, которые могут вызвать наследственное заболевание у обследуемого или его детей, тестирования предрасположенности к различным болезням.
"Здесь следует иметь в виду, что современные технологии анализа генома эффективны в первых двух случаях, касающихся мутаций, которые вызывают редкие наследственные заболевания. Что касается тестирования предрасположенности к частым заболеваниям (сердечно-сосудистым, диабету и т.д.), то они имеют невысокое прогностическое значение и их результаты часто сопровождаются общими рекомендациями о необходимости вести здоровый образ жизни. В любом случае, генетическое тестирование с медицинскими целями должно быть назначено врачом, до него пациенту должно быть врачом-генетиком объяснено, что он может получить в результате тестирования, заключение также дает врач-генетик. Из этого следует, что учреждение, которое выполняет такие тесты, должно иметь медицинскую лицензию по специальностям "генетика" и "лабораторная генетика" и соответствующий штат квалифицированных специалистов", - объясняет Вера Ижевская.
Что делать пациенту с этой дорогостоящей информацией, далеко не всегда понятно.
Комментарии