Трещина в мироздании - Дженнифер Даудна

Есть веская причина для оптимизма по поводу клинических испытаний с редактированием генома ex vivo, учитывая недавние успехи на смежном поле генной терапии ex vivo же. (Вспомните, что при редактировании генов репарация мутантных копий происходит прямо в геноме, в то время как при генной терапии в ДНК вводятся новые, здоровые гены.) Биотехнологическая компания Bluebird Bio разрабатывает продукт для лечения бета-талассемии и серповидноклеточной анемии посредством вставки новых генов бета-глобина в стволовые клетки крови, а GlaxoSmithKline сходным образом создала эффективное средство для генной терапии, которое излечивает тяжелый комбинированный иммунодефицит путем вставки недостающего гена в геном. В обоих случаях общая стратегия вмешательства одинакова: изъять клетки пациента, исправить их в пробирке, а затем вернуть в тело пациента. Впрочем, редактирование генома с большой вероятностью будет более безопасным, поскольку оно вносит настолько мало изменений в геном, насколько это возможно.

Самое первое клиническое испытание редактирования генов ex vivo показало, насколько перспективна эта процедура и как много она умеет. По иронии судьбы мишенью в тот раз была вовсе не генетическая болезнь, а вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). И хотя протокол этого клинического испытания был разработан до того, как технология CRISPR появилась на свет, – в нем использовалась технология нуклеаз с цинковыми пальцами (ZFN), описанная в первой главе, – его успех означает, что с помощью редактирования генома можно будет бороться с пандемией СПИД, а также лечить множество генетических заболеваний.

Вы не поверите, но некоторые люди от природы невосприимчивы к ВИЧ. У этих счастливчиков не хватает тридцати двух “букв” ДНК в гене, кодирующем белок CCR5, расположенный на поверхности белых кровяных телец – тех самых клеток, что образуют костяк иммунной системы. Белки CCR5 – класс элементов на поверхности клетки, на которые заякоривается частица ВИЧ на первых стадиях инфицирования. Описанная специфическая 32-буквенная делеция приводит к тому, что синтез молекулы белка CCR5 обрывается и она не выходит на поверхность клетки. Не имея рядом белка CCR5 для присоединения, ВИЧ не может заражать клетки.

У людей африканского и азиатского происхождения 32-буквенная делеция в гене CCR5 практически не встречается, но она довольно значительно распространена у европейцев; 10–20 % европеоидов несут одну копию мутантного гена, а гомозиготы – те, у кого таких копий две, – полностью невосприимчивы к ВИЧ. Приблизительно от 1 до 2 процентов европеоидов по всему миру (большинство из них из Северо-Восточной Европы) посчастливилось иметь такой признак[201]. Эти люди без полнофункционального CCR5 во всех остальных аспектах абсолютно здоровы и даже имеют меньший риск развития определенных воспалительных заболеваний[202]; нехватка указанного белка не приводит ни к каким побочным эффектам. Фактически единственный известный минус отсутствия белка CCR5 – повышенная восприимчивость к вирусу лихорадки Западного Нила[203].

Неудивительно, что фармацевтическая индустрия направила громадное количество ресурсов на разработку лекарств, разрывающих связь между ВИЧ и CCR5, в надежде защитить людей, не вошедших в число счастливчиков с 32-буквенной делецией в геноме. Но недавние исследования убедительно продемонстрировали, что мы можем достичь того же самого – то есть предотвратить связывание ВИЧ с CCR5, – удалив сам ген CCR5. Множество исследовательских коллективов уже начали попытки сделать это с помощью CRISPR, по крайней мере на клетках в чашках Петри. Но пальма первенства за первое успешное редактирование гена CCR5 у людей принадлежит технологии ZFN, разработанной в калифорнийской компании Sangamo Therapeutics.

Работая вместе с врачами из Пенсильванского университета, исследователи из Sangamo провели клинические испытания препарата для редактирования генома, нокаутирующего ген CCR5[204]. Главной целью первых стадий испытания было выяснить, безопасно ли это средство; ученые хотели узнать, примет ли тело реципиента без серьезных побочных эффектов отредактированные клетки, ДНК которых была модифицирована искусственным путем. Но в конце концов исследование также дало ответ на вопрос, насколько эффективно редактирование генома может обращать вспять ход заболевания.

Все двадцать ВИЧ-положительных пациентов, принимавших участие в исследовании Sangamo, сначала сдали образец крови, из которого были извлечены белые кровяные тельца. Затем эти клетки были отредактированы в пробирке посредством ZFN, который находил и вырезал 155-ю “букву” в гене CCR5. Поскольку репарация разрезанного гена производилась с помощью ненадежного метода соединения концов, изменений, получившихся в результате, было достаточно для того, чтобы инактивировать ген и предотвратить образование функциональных молекул белка CCR5. Затем отредактированным клеткам дали размножиться в лабораторных условиях. Наконец каждому пациенту заново ввели его или ее отредактированные клетки, после чего за состоянием участников эксперимента наблюдали примерно девять месяцев.

Ученые, проводившие испытания, заключили, что вливания клеток иммунной системы с модифицированным CCR5 “безопасны в рамках данного испытания”[205]. Может, это и не самый впечатляющий результат, но тем не менее воодушевляющий признак того, что редактирование генома можно использовать в терапевтических целях на настоящих, живых людях – по крайней мере ex vivo, если клетки выращивать и их геномы редактировать вне организма. А в разделе “Результаты” статьи, описывающей это исследование, скрывались еще более обнадеживающие данные. Врачи обнаружили: вдобавок к тому, что пересаженные клетки долгое время после трансплантации обнаруживались в теле (признак того, что они прижились в организме и стали размножаться), отредактированные клетки задерживали восстановление уровня ВИЧ до прежних значений, когда антиретровирусную терапию на время прерывали. Другими словами, налицо были явные признаки того, что действие ZFN помогло снизить интенсивность инфекции, не таким способом, как обычные лекарства, но благодаря однобуквенным изменениям в геномах пациентов.

Хотя технология ZFN очень бодро стартовала, надо заметить, что CRISPR уже использовали для исследования нескольких возможных способов терапии, направленной на избавление от ВИЧ. Один из подходов включает программирование CRISPR, нацеливающее инструмент на генетический материал от ВИЧ, избавляя клетки пациента от этого вируса, буквально вырезая ДНК инфекционного агента из их геномов. Другой метод лучше всего описывается фразой “оглуши и убей” (shock and kill): в рамках этого подхода используется дезактивированная форма CRISPR – специально для того, чтобы “разбудить” покоящийся вирус: тогда его можно будет атаковать с помощью существующих лекарств.