Всем привет, кого не видно – Кровь5

Алексей Каменский

Всем привет, кого не видно

Как иммунитет бактерий и вирусы спасают людей и почему иногда ломать гены полезнее, чем чинить

Иллюстрация: Юлия Замжицкая

Получилось удачно. Павел Волчков, директор Института персонализированной медицины НМИЦ эндокринологии и Центра геномных технологий и биоинформатики МФТИ, сильно опоздал на нашу встречу. Поэтому он очень долго стеснялся сказать: «Все, извините, мне пора» — и вдобавок к основной истории, про получение стволовых клеток крови из обычных, рассказал еще одну — про хитрые способы генного редактирования. Не исключено, что со временем этот нарождающийся конкурент вытеснит трансплантацию костного мозга. Но, скорее всего, пара десятилетий у пересадки и связанных с ней регистров еще есть.

Трансплантация — это полная замена детали, которая плохо работает. Например, кроветворных клеток. Редактирование генома — это починка, причем на самом глубоком, базовом уровне, глубже уже некуда. Это исправление инструкций, по которым организм себя строит и работает.

Чтобы разобраться, прежде чем передать слово Павлу Волчкову, пара слов про некрасивое и малопонятное название универсального метода такого редактирования — CRISPR-Cas. Если упрощенно: CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) — это короткие повторы, разделенные промежутками, а Cas (CRISPR-associated protein) — белок, «имеющий отношение» к этим повторам. И повторы, и белок находятся в геноме бактерий. Казалось бы, при чем тут редактирование нашей с вами ДНК?

Объясняет Павел Волчков:

Битый небитого везет

— CRISPR — это на самом деле адаптивный иммунитет бактерий. В их геноме есть такие участки — повторяющиеся бессмысленные последовательности генетических букв, между которыми вставлены уникальные, не повторяющиеся последовательности. И вот они-то как раз имеют смысл. Эти уникальные последовательности — кусочки генома вирусов, с которыми бактерии или ее предкам пришлось столкнуться. Она их таким образом запоминает, чтобы в следующий раз узнать и сразу начать бороться. Средство борьбы — белок Cas. А CRISPR помогает ему узнать элементы чужой ДНК, которые бактерия запомнила.

Для редактирования человеческой ДНК мы берем небольшую часть этого механизма — тот самый белок. Если быть точным, это не белок, а гибрид. Белковая машина. У нее есть режущая часть, белок, и надстройка из РНК, которая определяет, что резать. Эту надстройку мы можем создавать искусственно, чтобы машина резала тот ген, который нам нужно.

Как доставить этот механизм в человеческую клетку? Для этого мы используем вирусы.

Интересный получается сюжет, как в сказке: машину, созданную бактериями для борьбы с вирусами, везут на себе вирусы.

Для доставки используются разные вирусы. Например, аденовирус. Он большой и вызывает сильный иммунный ответ. Поэтому его хорошо использовать не для редактирования, а для вакцинации. Но реакция на такой вирус-доставщик может оказаться слишком сильной, возникнет всем известный цитокиновый шторм. Используются и аденоассоциированные вирусы, более мелкие. Тут другая опасность. Возможно, организм с этим вирусом уже знаком, ваши иммунные клетки его сразу распознают и будут подавлять доставку. Значит, понадобится сильная иммуносупрессия.

Золгенсма, генный препарат от СМА (спинальной мышечной атрофии. — Кровь5) — его разработала компания AveXis, которую затем купил Novartis, — как раз использует в качестве транспорта аденоассоциированный вирус. Novartis делает и офтальмологический генный препарат с таким же транспортом. И в обоих случаях приходится использовать иммуносупрессию.

Но есть еще одно направление, мы им занимаемся: синтетические вирусы для доставки. Их можно построить таким образом, чтобы они обходили иммунитет.

Семь раз отрежь

«Генетические ножницы» CRISPR-Cas первого поколения, самые простые, разрезают двойную цепочку ДНК в заданном месте. Наверное, лучше даже сказать не разрезают, а вырезают, уничтожают указанный им участок. Что там у вас написано на листочке — «Павел Юрьевич Волчков»? Если бы это была последовательность генетических букв, мы могли бы, например, с помощью такого механизма вырезать слово «Юрьевич».

Клеточные механизмы сразу же пытаются исправить повреждение. Это называется «репарация». Мы можем задать два пути такой репарации. Один — когда клетка пытается все восстановить в прежнем виде. Для ремонта поврежденного участка она берет за образец такой же участок гомологичной хромосомы: у нас, как вы помните, во всех клетках, кроме половых, их двойной набор. Так что если мы вырезали бракованный ген, вместо него, по идее, может встроиться здоровый. Но чаще используется иная схема: например, концы можно соединить между собой, ничего не встраивая, просто удалить ген.

Можно сделать ножницы, которые будут разрезать ДНК сразу в нескольких местах. Но все равно это технология первого поколения.

Второе поколение, основанное на той же CRISPR, — это уже не ножницы, а бэйс-эдитор (от base-editing — редактирование оснований. — Кровь5).

Он может точечно без разрезания заменять одну генетическую букву другой. Еще более продвинутая вещь — прайм-эдитор (от prime-editing — праймированное редактирование. — Кровь5). Он позволяет переписать сразу целый участок ДНК.

Ломать не строить

На самом деле все определяется конкретной терапевтической задачей. Я вам сейчас приведу удивительный пример. В Детской больнице Бостона я работал со Стюартом Оркином, исследователем в сфере гематологии и онкологии. Очень классный, динамичный, хоть и старенький уже.

У него было много пациентов с серповидноклеточной анемией и бета-талассемией. Это тяжелые врожденные заболевания, связанные с поломкой генов, кодирующих гемоглобин. Оркин заметил удивительный факт: часть пациентов болели бессимптомно. У них были мутации, которые должны были бы привести к заболеванию, однако проявлений не было. Он набрал когорту подобных людей и начал искать, что с ними не так. Оказалось, у части из них в дополнение к «основной» мутации была еще одна.

Суть вот в чем. Белковые молекулы имеют, так сказать, форму: они в зависимости от своего состава по-разному скручиваются. При серповидноклеточной анемии гемоглобин скручивается неправильно — он превращается в длинную колбасу. А эритроциты с таким гемоглобином растягиваются, приобретают серповидную форму. Такие эритроциты малофункциональные и короткоживущие. Болезнь проявляется не с рождения, потому что сначала кроветворные клетки компенсируют недостачу, ускоряя производство эритроцитов. Но их ресурс не бесконечен, он исчерпывается.

А что же с бессимптомными больными? У них из-за еще одной генетической поломки во взрослом состоянии продолжает синтезироваться фетальная форма гемоглобина, которая в норме есть только у человеческого зародыша. И она работает. Немного не так, как это должно быть у взрослого человека, но работает.

Эта компенсирующая мутация особенно часто встречается в районах с малярией. Ведь серповидноклеточная анемия, как известно, уменьшает риск малярии, у таких людей больше шансов не заболеть. А вторая мутация позволяет выжить тем, кто благодаря серповидноклеточной анемии спасся от малярии. Вот такой двойной естественный отбор.

Получается, у нас два пути: или пытаться исправить гены гемоглобина — это сложно. Или сломать в ДНК тот участок, который мешает производству фетального гемоглобина у взрослых.

Сейчас эта схема в стадии клинических исследований. Сложная, нетиповая схема лечения, но тривиальных путей в этой области нет. Для каждого заболевания свой путь. Взять упоминавшийся препарат от СМА: там в клетку доставляется бактериальная ДНК, которая никуда не встраивается, а живет и производит нужные белки независимо от человеческой ДНК.

Гены и деньги

Все это давно уже не только наука, и Novartis с его супердорогой золгенсмой не исключение. В Бостоне с нами работал, например, Боб Лангер, известнейший ученый и венчурный капиталист. Он один из инвесторов компании Moderna, которая сейчас стоит 70 млрд долларов. И это одна из сотни компаний, в которых он принимал участие. Он миллиардер.

Редактированием генома серьезно занимается CRISPR Therapeutics и еще целый ряд компаний. Но что и когда у них получится, невозможно предсказать. Кто бы мог предсказать лет пять назад, что Moderna будет столько стоить. Я думаю, допиливание технологий займет лет 10–15. А может, и больше: вдруг деньги закончатся и никто больше не захочет инвестировать?

Так что регистры потенциальных доноров еще долго будут нужны.

Если представить себе, что в них вступило все население земного шара, донора для любого пациента можно было бы найти немедленно, по щелчку пальцев, какой бы у него ни был редкий генотип. Но ведь трансплантацию нельзя считать универсальным средством на все времена. Миелоабляция, уничтожение костного мозга реципиента, — очень травматичная процедура. Вместе с кроветворными клетками умирают многие другие. Другое дело — таргетная миелоабляция, которая убивала бы только кроветворные клетки. Такая технология тоже есть — в лаборатории Ирвинга Вайсмана в Стэнфордском университете. Пока работает на мышах.

Фото: Надежда Храмова


Стать донором Помочь донорам
Читайте также
16 августа 2022
11 августа 2022
08 августа 2022
26 июля 2022
12 июля 2022
08 июля 2022
29 июня 2022
22 июня 2022
16 июня 2022
03 июня 2022
26 мая 2022
20 мая 2022