Вирусы на службе генетиков
В главе 3 мы уже говорили об использовании вирусов в качестве векторов для переноса в клетку «правильного» гена, как, например, в случае генной терапии одного из видов наследственной дистрофии сетчатки глаз — амавроза Лебера. Эта технология использует аденоассоциированный вирус для доставки прямо в глаз здоровой копии мутировавшего гена RPE65, и на ее основе в 2018 году появился препарат Люкстурна, позволяющий частично вернуть таким больным зрение.
К сожалению, тяжелые болезни зрения бывают вызваны мутациями в достаточно широком спектре генов. В результате люди либо рождаются незрячими, либо постепенно теряют зрение — в пятнадцать, двадцать, тридцать лет, и это еще более трагическая ситуация, влекущая за собой тяжелую психологическую травму. Не было никаких способов хотя бы остановить прогрессирование этой патологии, и только генная терапия дает какие-то шансы впоследствии изменить ситуацию.
Сегодня ученые уже научились создавать вирусные векторы для генной терапии, используя в них и аденовирусы, и аденоассоциированные вирусы, и даже вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), что звучит достаточно страшно — а вдруг он действительно приведет к развитию иммунодефицита! Но нет, на самом деле уже с 1970-х годов ученые умеют работать с генами в пробирке.
В чем заключается работа с вирусами? Главное, в чем состоит для нас ценность вируса, — это его свойство копировать свою генетическую информацию внутри клетки за счет ее ферментов репликации. Если мы уберем из состава генома вируса те фрагменты генетического текста, которые отвечают, скажем, за его размножение, то вирус сохранится, но размножаться не сможет. А можно изъять из генома вируса те фрагменты генетического текста, которые у него отвечают за синтез белков капсида (оболочки вируса), генно-инженерным путем встроить их в клетку, и клетка будет сама производить эти белки, в то время как вирусная молекула эту способность потеряет. Таким образом удается существенно уменьшить генетическую информацию самого вируса, поскольку часть его функций теперь передана клетке вне организма. А с уменьшением содержания генетической информации вирус становится более безопасным, неинфекционным.
Благодаря этой генно-инженерной манипуляции можно сделать все вирусы достаточно безопасными, а кроме того, за счет передачи некоторых функций вируса специализированным клеткам освободить в его геноме место для полезной генетической информации. И получается тот самый вектор, в который дальше можно с помощью методов генной инженерии и гомологичной рекомбинации вставить нужный ген, в специализированных клетках собрать уже новые вирусные частицы — нашу синтетическую химерную нуклеиновую последовательность, запаковать ее в вирусные белки и уже этим вирусом инфицировать человека. Напомню, что он лишен возможности реплицироваться и собираться, так как у него нет генов для синтеза этих белков — они остались в тех специализированных клетках, с которыми производились манипуляции в лаборатории для производства нашего векторного вируса. Он может совершить инфицирование только один раз — перенести нужный нам генетический материал в клетку и на этом закончить свое существование.
Когда без редактора не обойтись
Но, увы, использование рассмотренного выше метода для генной терапии ограничено размерами вируса. Мы не можем вместить в него больше генетической информации, чем позволяет его природный максимальный размер, называемый емкостью вируса. Но даже существенное замещение вирусного генома на необходимый для переноса генетический текст не всегда удовлетворяет потребностям исследователей. Сегодня мы можем вставить внутрь вирусных векторов, в зависимости от используемого вируса, где-то от трех до семи тысяч букв генетического текста. А, например, при генной терапии макулодистрофии сетчатки, которая возникает из-за мутации в гене СЕР290, размер гена раза в три больше, чем может себе позволить, скажем, аденоассоциированный вирус. Поэтому для пациентов с таким диагнозом стандартный подход генной терапии с помощью вирусов неприменим.
Кажется, положение безвыходное. Но почему бы не попытаться исправить дефектный ген прямо в клетках глаза, не прибегая к доставке нового гена, а с помощью системы геномного редактирования CRISPR/Cas9?
Ученые умеют доставлять в клетку целую страницу генетического текста, а вот уже пять—десять страниц не могут, и приходится переходить на новый уровень редакторской работы: не просто заменять параграф, зная, что там что-то произошло, а внимательно читать десятки страниц и менять отдельные буквы. Это как раз и позволяет делать система геномного редактирования CRISPR/Cas9. И вот уже компания Editas Medicine, которой принадлежит одно из первых достижений ге-номного редактирования — восстановление функции печени у мышей, в 2019 году получила разрешение FDA на проведение клинических исследований по исправлению гена СЕР290 с помощью CRISPR/Cas9 прямо в глазу у пациента. Понятно, что исправление гена в соматических клетках человеческого глаза никак не затрагивает клетки зародышевого пути, и эта мутация продолжит передаваться по наследству. Но благодаря даже еще не конечному, а лишь начальному, но положительному решению регулятора (FDA) по поводу планов компании, она сразу получила от инвесторов двадцать пять миллионов долларов. То есть становится возможным появление перспективного лекарственного препарата.
Не унаследовать бы изменения!
Главной целью генной терапии, естественно, является благо человека, его избавление от тяжелых заболеваний, которые другим путем не лечатся. Однако в этой книге я уже неоднократно подчеркивал, что все исследования, о которых мы говорили, были направлены на клетки взрослого организма, которые не принадлежат к клеткам зародышевого пути, а значит, все внесенные в процессе терапии генетические изменения не будут наследоваться. Почему же люди проявляют такую боязливость в отношении вмешательства в стандартный биологический процесс? Разве человечество не вмешивается постоянно в биологические процессы окружающей среды, выводя новые виды растений и животных за счет скрещиваний и модификаций?
Тем не менее факт остается фактом: человек о себе заботится больше, чем об окружающей природе. Например, когда в 1978 году родилась Лиза Браун — первый в мире ребенок, зачатый «в пробирке», это почему-то вызвало бурю негодования, и не только среди людей религиозных, но и в научном сообществе. Как посмели вмешаться? А вдруг что-то у этого человека пойдет не так? И еще неизвестно, что его ждет в будущем!
Действительно, опасность существует, когда мы повторяем некоторые естественные процессы в искусственных условиях. Наверное, также негативно воспринималось когда-то появление ребенка с помощью кесарева сечения, — это тоже вмешательство в нормальную биологию, но
