Трещина в мироздании - Дженнифер Даудна

Это было бурное время. Меня окрыляло то, что наша с Эммануэль работа, опубликованная предыдущим летом, вдохновила других ученых на проведение серий экспериментов, подобных нашим. Лишь позднéе содержание этих статей и даты их публикации начали скрупулезно разбирать и сопоставлять для обоснования той или иной позиции в патентных спорах о CRISPR – досадный поворот событий в истории, которая начиналась как сотрудничество исследовательских коллективов, в атмосфере неподдельного общего восторга по поводу того, что смогут дать человечеству наши исследования!

Сравнив все шесть статей, я осознала, что суммарно в этих экспериментах было отредактировано больше дюжины разных генов. Еще больше радовало разнообразие типов клеток, подвергшихся редактированию. Вдобавок к редактированию генома клеток эмбриональной человеческой почки механизм CRISPR был запрограммирован на то, чтобы разрезать ДНК в клетках человека, пораженных лейкемией, стволовых клетках человека, клетках нейробластомы мыши, бактериальных клетках и даже одноклеточных эмбрионах данио-рерио, популярного модельного организма для генетических исследований. CRISPR не просто демонстрировал отдельные признаки успешного применения; он показывал невероятную гибкость в использовании. Казалось, что любой ген можно сделать мишенью CRISPR, разрезать его и отредактировать, если в клетке присутствует белок Cas9, а направляющая РНК имеет участок, комплементарный двадцатибуквенному коду ДНК.

Ажиотаж вокруг CRISPR усилился в мае, когда лаборатория Рудольфа Йениша в МТИ сообщила о создании мышей с геномом, отредактированным с помощью CRISPR[83]. Всего шестью годами ранее Нобелевскую премию по физиологии или медицине присудили нескольким ученым за разработку методов внедрения изменений в геном мышей – наиболее популярных модельных животных в изучении генетики млекопитающих. Более двадцати лет этот эффективный, но трудоемкий метод был наилучшим – и фактически единственным – способом воспроизведения в организмах мышей мутаций, вызывающих рак или другие болезни у человека. В 1974-м Йениш стал первым, кто создал трансгенную мышь, чьи клетки содержали чужеродный генетический материал, а пятнадцатью годами спустя он вновь вызвал сенсацию, одним из первых применив этот метод, удостоенный Нобелевской премии. А сейчас успех Йениша с CRISPR привлек внимание к новой технологии, которая не просто вытеснила старый подход, но и давала возможность без сучка и задоринки редактировать геномы других животных.

Предыдущий метод редактирования генома нуждался в эмбриональных стволовых клетках, масштабном обратном скрещивании[84], скрещивании различных линий животных и во множестве поколений мышей; нередко главным результатом какой-нибудь кандидатской диссертации становилось создание и описание всего одной линии генетически модифицированных мышей. Аналогичных результатов команда Йениша, используя CRISPR, достигла всего за месяц, применив простой четкий протокол – микроинъекции компонентов CRISPR непосредственно в одноклеточный эмбрион с последующей имплантацией эмбрионов с отредактированными геномами в матку самки. Более того, эти исследователи показали, что для отдельно взятого CRISPR не обязательно программировать только одну направляющую РНК; их может быть много, и тогда они способны нацеливать Cas9 на разрезание и одновременное редактирование нескольких последовательностей ДНК в эмбрионах мышей. Такой вариант одноступенчатого множественного редактирования генов раньше никогда не применяли на мышах.

Возможно, самое прекрасное в работе Йениша – по крайней мере, с точки зрения генетиков, работающих не с мышами, а другими животными, – так это то, что в ходе нее был открыт почти не требующий усилий способ редактирования генома едва ли не любого организма. И если изначальный метод с применением эмбриональных стволовых клеток применяли только на мышах, то теперь создавалось впечатление, что CRISPR можно ввести в любые половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды) или эмбрионы – и генетические изменения на выходе точно скопируются во все клетки и всегда будут передаваться будущим поколениям. В тот момент я не могла вообразить, что расширение области применения CRISPR на человеческие эмбрионы породит одну из самых сложных этических дискуссий вокруг CRISPR – и в эту дискуссию очень скоро затянет и меня.

Создание мышей с геномом, отредактированным с помощью CRISPR

Летом 2013-го, восхищаясь, с какой скоростью распространяется метод CRISPR, я начала составлять список всех типов клеток и всех видов живых организмов, чьи геномы уже были отредактированы с использованием этой технологии. Сначала это было легко: в январе-феврале список включал в себя данио-рерио и культуры клеток бактерий, мышей и человека, потом к нему добавились дрожжи, живые мыши, плодовые мушки и микроскопические черви. К концу того же года в перечень вошли крысы, лягушки и гусеницы шелкопряда. За следующий год я добавила в список кроликов, свиней, коз, асцидий и обезьян – и после этого, как я честно признавалась слушателям на семинарах, где рассказывала о своем списке, потеряла счет. Наблюдение за тем, как молекулы белков и РНК, в природе служащие для защиты бактерий от вирусов, все шире используются для разрезания и точного редактирования последовательностей ДНК самых разнообразных животных, захватывало дух.

Однако метод находил применение не только на животных. Ботаники, пусть они сначала и двигались медленнее, тоже открывали для себя невероятный потенциал CRISPR в редактировании ДНК сельскохозяйственных и диких растений. Вал публикаций осенью 2013-го сообщал об успешном применении CRISPR для редактирования генома в главных пищевых культурах, таких как рис, сорго и пшеница, а год спустя список “отредактированных” растений расширился за счет сои, помидоров, апельсинов и кукурузы.

Перечень “откриспрованных” растений и животных продолжал расти. К 2016-му исследователи успели отредактировать ДНК едва ли не во всех организмах – от капусты, огурцов, картофеля и грибов до собак, хорьков, жуков и бабочек. Даже вирусам, этим биологическим объектам на границе живого и неживого – они неспособны самостоятельно размножаться, но тем не менее обладают наследственным материалом, – переписали геномы с помощью CRISPR, то есть той самой бактериальной системы, которая изначально сформировалась для их уничтожения.

Стоит отметить, что хотя взрослые Homo sapiens – это вид животных, к которым CRISPR будет применен в самую последнюю очередь, клетки человека подвергались экспериментам по редактированию генома чаще, чем клетки какого-либо другого организма. Ученые вводили CRISPR в клетки легкого, чтобы исправить генную мутацию, вызывающую кистозный фиброз, в клетки крови, чтобы устранить мутации, приводящие к серповидноклеточной анемии и бета-талассемии, и в мышечные волокна, чтобы избавиться от мутаций, служащих причиной миодистрофии Дюшенна. Исследователи использовали CRISPR для редактирования и исправления мутаций в стволовых клетках, которые впоследствии можно трансформировать практически в любые типы клеток, составляющие самые разнообразные ткани тела. А еще ученые отредактировали с помощью CRISPR тысячи генов в раковых клетках человека в попытке найти новые мишени для противораковых лекарств и новые методы лечения онкологических заболеваний.