Глухоту можна вилікувати до народження

Якщо обидва батьки — люди зі спадковою тугоухістю, обумовленою геном білка коннексину 26, у них народжується дитина з такою ж спадковою тугоухістю. Фото: Fairfax Media via Getty Images

Успіхи ДНК-редагування в медицині залежать не стільки від досягнень молекулярної біології в розробці інструментів редагування, скільки від адекватності вибору конкретних пацієнтів з конкретними дефектами спадковості. Редагування геному людини можна почати з гена спадкової глухоти.

Методи цілеспрямованої зміни певної ділянки геномної ДНК відомі й успішно застосовуються вже понад 50 років. Але з початку цього тисячоліття стали активно з’являтися роботи, що описують поліпшені технології спрямованої зміни складних геномів і засновані на нових методичних підходах: гібридні мегануклеази; нуклеази на «цинкових пальцях», технологія TALEN; технологія CRISPR.

Визнана у 2012 році проривом року (за версією журналу Science) технологія геномного редагування CRISPR/Cas9 вивела методичні прийоми на принципово інший рівень. Внесення спрямованих і дуже точних змін у генетичний код стало відтворюваною і рутинною процедурою. Вже в 2013 році технологію CRISPR/Cas використовували для зміни геному акваріумної рибки-зебри Danio rerio, а на початку 2014 року опубліковані результати експериментів на мавпах.

У 2015 році про плани щодо модифікації геномів людських ембріонів за допомогою CRISPR/Cas заявили щонайменше чотири лабораторії в США, лабораторії в Китаї і Великобританії, а також американська біотехнологічна компанія Ovascience. У лютому 2016 року групі британських вчених було надано дозвіл на генетичну модифікацію людських ембріонів за допомогою CRISPR/Cas і споріднених методів. І нарешті, наприкінці листопада минулого року на конференції «Редагування геному людини» в Гонконзі китайський дослідник Цзянькуй Хе оголосив про народження двох дівчаток-близнюків після успішного редагування геному і про одну вагітність після пересадки відредагованих ембріонів. Наукової публікації за загальноприйнятими стандартами він поки не представив, судити про результат можна тільки з його доповіді і передує його інтерв’ю.

Напрями практичного застосування технологій геномного редагування в медицині:

• Вірусні захворювання (ВІЛ)
• Онкологія
• Моногенні захворювання
• Важкі комбіновані імунодефіцити
• Спрямовані модифікації генома людини

Чому глухі

Редагування генома — це варіант генної інженерії, при якому фрагменти ДНК в геномі можна вставляти, видаляти або замінювати. По суті, це як текстовий редактор у комп’ютері, але ви редагуєте не інструкцію зі збирання шафи, а інструкцію зі «збирання» живої істоти. Тільки чи потрібно це робити?

З моменту відкриття подвійної спіралі ДНК дослідники і клініцисти роздумували про можливість виправлення порушень у нашій ДНК з метою усунення генетичного захворювання. Справа в тому, що у людей (як і інших живих організмів) зустрічаються «погані варіанти генів», потрапляння яких у дитину веде до спадкового захворювання. Захворювання розвивається від неправильного тексту в ДНК, не тієї букви в послідовності гена. Кожна здорова людина є носієм близько п’яти таких «поганих варіантів», але лише в одній копії з двох, тому вона не хворіє. Однак поєднання мутації одного і того ж гена від обох батьків веде до спадкового захворювання, і за статистикою зі спадковим захворюванням народжується приблизно кожна сота дитина. На сьогодні відомо понад 7 тис. спадкових захворювань. Зачаття — це як лотерея, де в середньому ймовірність програшу невелика (1%), але для конкретної пари батьків вона може досягати 100%.

Сучасні технології генетичного скринінгу дозволяють передбачити ймовірність народження дитини зі спадковим захворюванням, і якщо вона велика (25-100%), вжити заходів для відбору (або створення) здорового ембріона в рамках процедури екстракорпорального запліднення (ЕКО).

Важливо зазначити, що в переважній більшості випадків ніякого редагування ДНК не потрібно! Оскільки для конкретної пари батьків, що несуть один і той же мутантний ген в гетерозіготному стані, існує ймовірність, що в результаті випадкового поєднання гамет утворюється здоровий ембріон (ця ймовірність, як правило, становить 25%, 50% або 75%), і досить просто вибрати цей здоровий ембріон при процедурі ЕКО. Такий підхід називають «передімплантаційною генетичною діагностикою».

І лише в тих рідкісних випадках, коли жодне поєднання гамет не може дати здорову дитину, можна обговорювати лагодження мутації на рівні першої клітини — зіготи. Таке редагування генома називають «фетальним» (на відміну від «соматичного», коли виправляють мутацію в деяких клітинах людину, яка вже живе).

І таких випадків «необхідного» втручання в геном на рівні ембріона вкрай мало! Це випадки, коли обидва батьки хворіють рідкісним спадковим захворюванням і при цьому утворили сімейну пару. Практично неймовірне поєднання факторів. Але в ряді випадків якраз захворювання працює на об’єднання таких людей в сім’ї. Наприклад, глухота.

Люди з спадковою тугоухістю часто утворюють сімейні пари, оскільки можуть спілкуватися однією мовою і розуміють особливості один одного. На жаль, 80% всіх випадків спадкової тугоухості припадає на один і той же ген (ген білка коннексину 26), і сімейних пар з такою мутацією (в гомозіготному стані) чимало. У таких батьків може народитися лише дитина з такою ж спадковою тугоухістю. Генетичне тестування в ЕКО тут не допоможе, оскільки всі ембріони будуть з мутацією. Ось у цьому випадку можна спробувати виправити мутацію ще до перенесення ембріона майбутній мамі, на стадії найпершої клітини організму — зіготи.

У нашій лабораторії до високого ступеня готовності відпрацьовані методики редагування геному на декількох моделях: ВІЛ, глухота, карликовість і фенілкетонурія. ВІЛ і глухота — найбільш вірогідні ситуації, де їх можна буде застосувати. Більш того, вже є кандидати на ДНК-редагування — сім’ї з глухими дітьми, у яких всі діти приречені народжуватися глухими.

Можливий алгоритм фетальної терапії на основі CRISPR/Cas9

Персоніфікована ДНК-медицина

Очевидно, що для перенесення технології з лабораторії в клінічну практику необхідно виконати одну дуже жорстку вимогу: довести безпеку застосованої системи редагування генома. Справа в тому, що виправлення конкретної мутації в ДНК не повинно призводити до появи будь-яких інших змін в інших частинах геному. Якщо «генетичний редактор» буде працювати неточно, наслідки можуть бути дуже сумними.

Крім цього, перші випадки застосування геномного редагування на рівні зиготи повинні бути абсолютно зрозумілі і науковому співтовариству, і громадськості. Областей, де геномне редагування може бути єдиним можливим методом виліковування потомства, небагато. По-перше, це низка аутосомно-рецесивних спадкових захворювань, як, наприклад, спадкова тугоухість, карликовість, меншою мірою — фенілкетонурія (через наявність ефективного лікування) і невелика низка інших моногенних патологій. Інший можливий приклад — ВІЛ-позитивні жінки з поганою відповіддю на антиретровірусну терапію, які планують вагітність. Для них ризик передачі вірусу дитині набагато вищий, ніж для тих, хто нормально реагує на лікування ВІЛ-позитивних жінок.

Тільки після багаторазового застосування в різних точках планети різними лікарями та отримання однозначно хороших результатів можна почати думати про застосування даної технології для виправлення частіших мутацій, що призводять до розвитку мультифакторних захворювань у людей у дорослому стані. Ми могли б «заздалегідь» чинити схильність ембріона до розвитку онкологічного захворювання, раннього інсульту, інфаркту, нейродегенеративних захворювань тощо.

На жаль, система допуску подібних (принципово нових) препаратів до медичного застосування на сьогодні не опрацьована і вимагає уточнення алгоритмів перевірки і ефективності, і безпеки. Але в цілому можна стверджувати, що в будь-якому випадку ці препарати будуть підпадати під персоніфіковані (схвалені до застосування для конкретної людини або сімейної пари), оскільки геноми людей відрізняються і передбачити фонову активність препарату на даному конкретному геномі без експериментальної перевірки неможливо. Алгоритм застосування буде включати повне визначення геному майбутніх батьків і перевірку на їх власних клітинах і гаметах.

Якщо ж повернутися до виправлення мутацій у людині, яка вже народилася, то тут з вирішеннями великих проблем не передбачається. Ряд біотехнологічних компаній вже ведуть клінічні випробування препаратів для генної модифікації людини на основі CRISPR/Cas як терапії при деяких вроджених захворюваннях.