От цепей ДНК к цепям жизни: генетические рубежи XXI века

От первых ГМО до генно-редактированных комаров и излечения болезней с помощью CRISPR: как человечество научилось переписывать код жизни и какие этические рамки для этого нужны.

Введение: от цепей ДНК к цепям жизни

Всего семь десятилетий назад, в 1953 году, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли структуру двойной спирали ДНК. Их открытие показало, что ДНК представляет собой «цепь» нуклеотидов, в которой записан план построения жизни. Недаром ее называют «молекулой наследственности». Нити ДНК состоят из четырех азотистых оснований (аденина, тимина, цитозина и гуанина) и соединяются попарно, образуя закрученную лестницу, ту самую знаменитую двойную спираль. Эта изящная цепь генетического кода управляет развитием и работой всех живых организмов. В последующие десятилетия ученые разобрались, как последовательности оснований ДНК складываются в гены, а гены, в свою очередь, кодируют белки, которые обеспечивают процессы жизнедеятельности.

От ДНК к жизни. Когда строение и роль ДНК стали понятны, биология вступила в эпоху «чтения» генетического кода (секвенирования генов), а затем и его «написания», то есть редактирования. Выражение «цепи жизни» символизирует то, как человечество научилось управлять цепями ДНК, чтобы изменять живые организмы. В 1970-х годах первопроходцы Пол Берг, Стэнли Коэн и Герберт Бойер разработали методы разрезания и сшивания ДНК и создали первые молекулы рекомбинантной ДНК. Так родилась генная инженерия: ученые получили возможность перестраивать цепи ДНК и тем самым менять признаки живых существ. Со временем эти достижения привели к появлению генетически модифицированных организмов (ГМО), генной терапии и даже попыток создать синтетическую жизнь.

Сегодня мы стоим на пороге нового генетического рубежа. Такие инструменты, как CRISPR, позволяют редактировать гены с беспрецедентной точностью, по сути заново сцепляя звенья ДНК, чтобы получить у организмов новые свойства. Мы переходим от простого наблюдения за последовательностями ДНК к активной перестройке кода жизни, превращая «цепи ДНК» в «цепи жизни», которые охватывают целые виды и экосистемы. Эта книга прослеживает весь путь: от первых ГМО до генетически отредактированных комаров и излечения болезней с помощью CRISPR, а затем к тем этическим и регуляторным «цепям», которые нам предстоит выковать, чтобы направлять этот стремительно меняющийся генетический мир.

Генетически модифицированные продукты: история, современные сорта и мировые рекорды

Генетически модифицированными организмами (ГМО) называют живые существа, чья ДНК была искусственно изменена методами генной инженерии. В этом разделе мы проследим историю создания ГМО, расскажем о современных ГМ-сортах в сельском хозяйстве и других отраслях и приведем мировые рекорды и факты о распространении ГМО.

Ранняя история генетической модификации

Задолго до появления современных ГМО люди тысячелетиями косвенно меняли организмы с помощью селекции и гибридизации. Однако современная эпоха генетической модификации началась в 1970-х годах:

• 1973 год, первая рекомбинантная ДНК. Исследователи Коэн и Бойер объединили ДНК разных организмов и получили первые рекомбинантные бактерии. Этот знаковый эксперимент доказал, что гены можно «вырезать» из одного вида и «вставить» в другой. На этом принципе и построена технология ГМО.
• 1982 год, первый ГМО-продукт (медицинский). К началу 1980-х технология принесла первый коммерческий успех в медицине. В 1982 году FDA одобрило биосинтетический человеческий инсулин, который вырабатывали генно-инженерные бактерии. Этот инсулин под торговой маркой Humulin был идентичен человеческому и заменил инсулин, получаемый из поджелудочной железы свиней и коров. Он стал первым генетически модифицированным продуктом, доступным потребителям, и наглядно показал медицинский потенциал биотехнологий.
• 1980-е годы, опыты в сельском хозяйстве. В 1983 году ученые создали первое генетически модифицированное растение, табак, устойчивый к антибиотику. Так было доказано, что чужеродные гены можно встроить в геном растения, и путь к ГМ-культурам оказался открыт.
• 1994 год, первая ГМ-культура для пищевых целей. Томат Flavr Savr стал первым генно-инженерным продуктом питания, который FDA допустило к продаже в США. Его модифицировали так, чтобы он медленнее созревал и не размягчался: теоретически это позволяло сохранить вкус вызревшего на кусте томата при более долгом сроке хранения. Томаты Flavr Savr появились на полках супермаркетов в 1994 году и вызвали большой общественный интерес, но коммерческого успеха не имели и через несколько лет были сняты с продажи. Тем не менее они открыли дорогу другим ГМ-продуктам.

Подъем ГМ-культур и современные сорта

После 1994 года появилась целая волна генетически модифицированных культур, прежде всего среди основных сельскохозяйственных товаров:

• Культуры, устойчивые к насекомым. Ученые встроили в кукурузу, хлопчатник и другие растения ген почвенной бактерии Bacillus thuringiensis (Bt), и растения начали вырабатывать белок, токсичный для определенных вредителей. К концу 1990-х фермеры повсеместно перешли на Bt-кукурузу и Bt-хлопчатник. Доказано, что Bt-культуры снижают потребность в опрыскивании инсектицидами, поскольку растение защищает себя само. Например, Bt-хлопчатник быстро распространился в США, Китае, Индии и других странах и резко сократил потери от хлопковой совки.
• Культуры, устойчивые к гербицидам. Другая популярная модификация делает растения устойчивыми к определенному гербициду. Самые известные примеры: соя Roundup Ready, а также кукуруза и рапс, способные переносить глифосат. Эти сорта появились в 1996 году и позволяют фермерам уничтожать сорняки глифосатом, не повреждая посевы. Признак также получил огромное распространение: к 2010-м годам более 90% сои в США было генетически модифицировано на устойчивость к гербицидам.
• Устойчивость к вирусам и другие признаки. Вирус кольцевой пятнистости папайи когда-то грозил уничтожить производство папайи на Гавайях. В 1998 году исследователи вывели устойчивую к вирусу ГМ-папайю (сорт Rainbow): в ее геном встроили небольшой фрагмент вирусной ДНК, своего рода прививку для растения. Это спасло отрасль, и папайя Rainbow стала хрестоматийным примером пользы ГМО. Среди других новшеств: картофель, устойчивый к механическим повреждениям и потемнению, «золотой рис», обогащенный предшественником витамина A (для борьбы с недоеданием), а также биофортифицированные маниок и бананы. К 2015 году были одобрены яблоки Arctic, которые не темнеют на срезе, и картофель Innate с пониженным содержанием акриламида и меньшей склонностью к потемнению.
• ГМ-животные. Генетически модифицированных животных гораздо меньше, чем растений, но и они существуют. В 2015 году, после двух десятилетий проверок, FDA одобрило лосося AquaAdvantage, быстрорастущего атлантического лосося с геном чавычи, который позволяет ему быстрее достигать товарного размера. Позже, в 2020 году, FDA одобрило генетически модифицированную свинью GalSafe для пищевого и медицинского применения. У этой свиньи на поверхности клеток отсутствует сахар, вызывающий у некоторых людей аллергию на мясо. Возможно, такие свиньи станут источником более безопасных органов и тканей для трансплантации человеку.

Распространение в мире и рекорды

С 1996 года, когда ГМ-культуры вышли на рынок, их распространение в мире резко ускорилось. Многие ГМ-сорта оказались для фермеров экономически привлекательными благодаря более эффективной защите от вредителей и стабильной урожайности. Вот несколько ключевых мировых рекордов и показателей:

• Стремительное внедрение. ГМ-культуры стали самой быстро внедряемой сельскохозяйственной технологией в новейшей истории. К 2018 году ими было засеяно 191,7 млн гектаров по всему миру (около 474 млн акров). С 1996 по 2018 год площади выросли в 113 раз, и это поразительные темпы. Лидеры по внедрению: США, Бразилия, Аргентина, Канада и Индия, на которые приходится большая часть этих площадей.
• Основные культуры. По площади посевов лидируют соя, кукуруза, хлопчатник и рапс. Например, в США генетически модифицировано около 95% сои и примерно 90% кукурузы и хлопчатника. Значительные площади занимают также ГМ-сахарная свекла, люцерна и папайя (на Гавайях). На сегодня в одной или нескольких странах одобрено более 70 различных ГМ-сортов, хотя в промышленных масштабах выращивается лишь часть из них.
• Страны-лидеры. По площади биотехнологических посевов первое место занимают США (около 75 млн гектаров в 2018 году), за ними следуют Бразилия (около 50 млн), Аргентина, Канада и Индия. Примечательно, что на развивающиеся страны теперь приходится более половины мировых площадей ГМ-культур: их активно выращивают в Азии, Латинской Америке и Африке. Например, Индия перевела на Bt-хлопчатник практически все свои хлопковые поля, что резко сократило число отравлений пестицидами среди фермеров и повысило урожайность.
• Рекордные урожаи. В ряде случаев ГМО позволили собрать рекордные урожаи. Устойчивые к насекомым и гербицидам сорта способствовали стабильному ежегодному росту урожайности кукурузы и сои в 2000-х и 2010-х годах. Сокращая потери от вредителей и сорняков, ГМ-технологии повысили продуктивность фермерских хозяйств и укрепили продовольственную безопасность. Например, распространение Bt-кукурузы в США совпало со снижением ущерба от кукурузного мотылька и ростом средней урожайности кукурузы.
• Экономический и экологический эффект. По оценкам, с 1996 по 2016 год биотехнологические культуры принесли фермерам (преимущественно в развивающихся странах) 186,1 млрд долларов экономической выгоды и сократили объем распыляемых пестицидов на 619 млн кг, то есть на 8,1%. Кроме того, они помогли уменьшить углеродный след сельского хозяйства, сделав возможной минимальную обработку почвы, при которой расходуется меньше топлива и сохраняется почвенный углерод.

Несмотря на эти успехи, ГМО распространяются по миру неравномерно. Многие европейские страны проявляют осторожность: в Евросоюзе действуют строгие правила, ограничивающие выращивание ГМ-культур (в ЕС выращивается лишь один сорт ГМ-кукурузы, в основном в Испании). Однако даже Европа ежегодно импортирует миллионы тонн ГМ-сои и ГМ-кукурузы на корм скоту. Тем временем Китай вкладывает средства в ГМ-технологии (например, одобрил ГМ-папайю и ГМ-хлопчатник, а недавно и полевые испытания ГМ-кукурузы и ГМ-риса), но пока не начал полномасштабного коммерческого выращивания основных продовольственных ГМ-культур внутри страны.

Современные ГМ-инновации

Генетическая модификация давно вышла за рамки культур первого поколения:

• Редактирование генома в сельском хозяйстве. Новые инструменты редактирования генома (например, CRISPR, о котором речь пойдет ниже) открывают эпоху «ГМО 2.0»: точечных изменений без чужеродных генов. К 2019 году появились первые сельскохозяйственные продукты, отредактированные с помощью CRISPR. Так, американские компании создали отредактированную сою с высоким содержанием олеиновой кислоты для производства полезного для сердца растительного масла. В Японии в 2021 году поступил в продажу отредактированный с помощью CRISPR томат с повышенным содержанием ГАМК, полезного нейромедиатора. Регуляторы пока решают, как классифицировать такие продукты, но они обещают засухоустойчивость, повышенную питательность и устойчивость к болезням за счет небольших правок ДНК, а не встраивания трансгенов.
• Рекордное число одобрений. К 2020 году FDA и Министерство сельского хозяйства США (USDA) одобрили более широкий ассортимент ГМ-продуктов, чем когда-либо прежде. Например, в 2016 году FDA одобрило ананасы с розовой мякотью, которые вырабатывают ликопин, пигмент-антиоксидант. Быстрорастущий ГМ-лосось AquaAdvantage в 2021 году наконец появился на рынке США и стал первым генетически измененным животным продуктом, поступившим в продажу. В 2019 году FDA также завершило первую консультацию по растению, отредактированному с помощью CRISPR (сое). Это сигнал о том, что генно-редактированные культуры встают в один ряд с «генетически модифицированными продуктами», даже если регуляторы относят их к отдельной категории.
• Мировые рекорды. По последним данным (на 2018 год), биотехнологические культуры выращивали 26 стран, еще 44 страны их импортировали или использовали. Таким образом, пользу от ГМО через выращивание или потребление получали в общей сложности 70 стран. За этот период ГМ-семена начали использовать около 17 млн фермеров, большинство из которых составляют мелкие хозяйства в развивающихся странах. Ни одна сельскохозяйственная инновация не собирала столько участников.

В дальнейшем ассортимент ГМ-продуктов будет только расширяться. Уже сегодня генетически модифицированные микроорганизмы производят биотопливо и «зеленые» химикаты, создается генно-редактированный скот, устойчивый к болезням (например, свиньи, невосприимчивые к вирусу PRRS), а ГМ-растения пытаются использовать для производства лекарств, в том числе вакцин растительного происхождения. Все это наглядно воплощает идею «цепей жизни»: звенья ДНК переставляются по всему древу жизни, образуя новые полезные связи, от фермерских полей до аптечных полок.

Генетический след в мире насекомых: борьба с комарами от ДДТ до ГМО

Комары издавна остаются самым смертоносным врагом человечества: они переносят малярию, лихорадку денге, вирус Зика и желтую лихорадку. На протяжении истории методы борьбы с ними эволюционировали от химических к генетическим. В этом разделе мы проследим путь от ДДТ, мощного химического инсектицида, до генетически модифицированных комаров, включая пример компании Oxitec, и рассмотрим будущие биотехнологии и биоугрозы, связанные с насекомыми.

Эпоха ДДТ: химическая война с комарами

В середине XX века мир обратился к химии, чтобы объявить комарам войну. ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) появился в 1940-х годах как первый современный синтетический инсектицид и оказался поразительно эффективным:

• Во время Второй мировой войны союзные войска применяли ДДТ для борьбы с малярией и тифом среди солдат. После войны ДДТ стали использовать по всему миру в кампаниях общественного здравоохранения: опрыскивание жилищ и заболоченных территорий в регионах, эндемичных по малярии, резко сократило численность комаров и заболеваемость.
• К 1960-м годам ДДТ помог полностью искоренить малярию в ряде стран и значительно снизить ее распространение в других. Он был дешевым, стойким и смертельным для насекомых. Казалось, найдено чудо-средство.

Однако именно стойкость ДДТ и погубила его. В 1962 году книга Рейчел Карсон «Безмолвная весна» (Silent Spring) забила тревогу по поводу экологических последствий его применения. Ученые обнаружили, что ДДТ накапливается в пищевых цепях и вредит дикой природе (широко известен пример истончения яичной скорлупы у орлов и соколов), а также может представлять опасность для здоровья человека. Кроме того, из-за массового применения у многих видов насекомых выработалась устойчивость к препарату.

По мере накопления данных об экологическом ущербе США в 1972 году запретили ДДТ, а большинство других стран ограничили его использование. К 2004 году Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях запретила ДДТ во всем мире, оставив исключение лишь для ограниченной борьбы с малярией там, где нет альтернатив. Сегодня ДДТ по-прежнему в небольших количествах применяется внутри помещений в некоторых странах Африки и Южной Азии, причем по строгим правилам. Но эпоха ДДТ наглядно показала миру, к чему приводит тотальная химическая стратегия.

Переход к биологическому контролю

Когда эпоха ДДТ и подобных ему препаратов подошла к концу, внимание переключилось на биологические и генетические методы, более безопасные и точные:

• Метод стерильных насекомых (SIT). Этот подход, впервые примененный в середине XX века против вредителей вроде мясной мухи-винтовки, заключается в том, чтобы вырастить большое количество самцов, стерилизовать их (традиционно облучением или химическими веществами) и выпустить в природу. Стерильные самцы спариваются с дикими самками, но потомства не появляется, и численность вредителей резко падает. К концу XX века метод адаптировали для комаров. При всей концептуальной эффективности у него есть недостатки: стерилизованные облучением самцы часто ослаблены и проигрывают диким в конкуренции за самок, а сам метод очень трудоемок и требует постоянных массовых выпусков. И все же SIT доказал силу генетических вмешательств: популяцию вредителя можно обрушить с помощью ее собственного брачного поведения.
• Агенты биологического контроля. Параллельно ученые изучали возможность бороться с комарами с помощью естественных врагов или бактериальных инфекций. Например, бактерия Wolbachia способна заражать комаров и мешать передаче вирусов. Выпуск комаров, зараженных Wolbachia, представляет собой форму биологического (хотя и не генетического) контроля, которую сегодня применяют в ряде стран для сдерживания лихорадки денге. Этот метод не связан с ГМО, но вписывается в общую тенденцию: воздействовать на биологию комаров, а не устраивать химическую «ковровую бомбардировку».

Эти разработки подготовили почву для того, чтобы генная инженерия вывела борьбу с комарами на новый уровень.

ГМ-комары на примере Oxitec

В XXI веке биотехнологические компании начали создавать генетически модифицированных комаров как новый инструмент контроля. Лидером стала британская компания Oxitec, разработавшая ГМ-линии Aedes aegypti, вида комаров, который переносит денге, вирус Зика и чикунгунью. Подход Oxitec устроен так:

• Внедрение летального гена. Oxitec наделила комаров Aedes «самоограничивающимся» геном. В лаборатории самцам встраивают ген, кодирующий летальный белок (его часто называют tTAV), который убивает насекомое на определенной стадии развития. При этом в воду, где выращивают комаров, добавляют антидот (тетрациклин), позволяющий им дожить до взрослого состояния и выпуска. Когда ГМ-самцы оказываются на воле и спариваются с дикими самками, потомство наследует летальный ген, но без антидота, которого в природе нет, личинки погибают, не достигнув зрелости. По сути, встроенный ген убивает потомство, и популяция постепенно сходит на нет.
• Программы выпуска. Начиная с 2009-2010 годов Oxitec проводила полевые испытания в нескольких странах, включая Каймановы острова, Бразилию, Панаму, а позднее и Флориду. Например, после выпусков в одном из бразильских городов местная популяция Aedes aegypti со временем сократилась на величину до 95%. Этот впечатляющий результат продемонстрировал, что ГМ-комары способны снизить угрозу таких болезней, как лихорадка денге.
• Одобрение регуляторов. После многолетних проверок Агентство по охране окружающей среды США (EPA) в 2021 году разрешило Oxitec выпускать ГМ-комаров в рамках пилотных программ во Флориде, а позднее и в Калифорнии. Первые американские испытания на островах Флорида-Кис (2021-2022) дали положительные результаты: модифицированные самцы успешно спаривались и передавали летальный ген, а ГМ-самки (именно они кусают людей) не выживали дальше стадии личинки. В Бразилии, где Oxitec работает более десяти лет, правительство одобрило масштабные выпуски. Таких комаров часто называют «дружелюбными», ведь их задача в том, чтобы сократить дикую популяцию переносчиков болезней.

Практические данные показывают, что при правильном применении ГМ-комары способны значительно сократить популяцию Aedes aegypti. В районах, где Oxitec проводила выпуски, заболеваемость денге снижалась вместе с численностью комаров, хотя масштабные эпидемиологические исследования еще продолжаются.

На пути к генным драйвам и генетическим инструментам будущего

Подход Oxitec самоограничивающийся: ген не распространяется бесконечно, а лишь убивает непосредственное потомство. Стратегии следующего поколения нацелены на более радикальное решение, и это генные драйвы. Генный драйв представляет собой генетический механизм, который смещает наследование так, что определенный ген передается почти всему потомству, хотя по законам Менделя его унаследовала бы лишь половина. С помощью CRISPR ученые уже создали в лабораториях генные драйвы, которые с поразительной эффективностью распространяют нужный признак по популяции.

У комаров генный драйв мог бы, например, распространять ген, вызывающий бесплодие самок, или смещать соотношение полов так, чтобы рождались только самцы, которые не кусаются и не откладывают яйца. Тогда достаточно однократно выпустить относительно небольшое число модифицированных комаров: драйв будет распространяться из поколения в поколение, пока признак бесплодия не окажется у большинства особей, и популяция исчезнет навсегда. Такие драйвы для комаров рода Anopheles, переносчиков малярии, разрабатывает консорциум Target Malaria.

Биоугрозы и биорешения будущего. Генные драйвы обладают огромной силой, но поднимают экологические вопросы и вопросы безопасности:

• Преимущества. Успешный генный драйв мог бы полностью уничтожить малярийных комаров в целых регионах и ежегодно спасать сотни тысяч жизней. Для общественного здравоохранения это настоящий святой Грааль. Драйвы можно было бы направить и против других вредителей, например клещей, переносящих болезнь Лайма, или инвазивных крыс на островах.
• Риски. Выпущенный генный драйв, скорее всего, невозможно будет отозвать: он может пересечь границы и непредсказуемо повлиять на экосистемы. Уничтожение вида, даже такого опасного, как комары Anopheles, способно вызвать цепочку экологических последствий. Впрочем, исследования говорят о том, что если затронут только один вид комаров, ущерб для экосистемы может оказаться минимальным, поскольку существует множество близких видов. Возможны и непреднамеренные мутации в самом драйве, способные породить линию комаров, которые по-прежнему переносят болезни, но с которыми бороться еще труднее.
• Угрозы биобезопасности. Те же технологии теоретически можно использовать для создания насекомых-«оружия». Уже обсуждаются гипотетические сценарии злонамеренного применения генных драйвов, например для распространения вредного гена среди полезных насекомых или сельскохозяйственных культур. Злоумышленник мог бы также модифицировать комаров, чтобы они переносили смертельный для человека патоген или эффективнее передавали инфекцию. Пока такие сценарии остаются в основном научной фантастикой, но эксперты подчеркивают, что достижения CRISPR и синтетической биологии имеют двойное назначение: они сулят огромную пользу здравоохранению, но могут быть использованы во вред. Пандемия COVID-19 показала, какой хаос способны посеять патогены, и искусственно усиленный патоген, переносимый комарами, может стать угрозой биобезопасности в будущем. Поэтому надзор здесь критически важен.

Подведем итог: мир насекомых превращается в поле генетической битвы. Мы начали с препаратов широкого спектра действия вроде ДДТ, перешли к точной генетике (ГМ-комары и стерильные самцы) и теперь рассматриваем самораспространяющиеся генетические решения, такие как генные драйвы. С каждым шагом наши вмешательства в «цепи жизни» становятся все изощреннее: мы уже не убиваем комаров напрямую, а перестраиваем их ДНК так, чтобы они уничтожали себя сами. Это снижает побочный ущерб для окружающей среды, но чем мощнее методы, тем острее потребность в строгих этических нормах и мерах безопасности. Следующий раздел, посвященный медицинскому редактированию генов, еще раз показывает, как генные технологии балансируют между революционной пользой и глубокими этическими вопросами.

Медицинская революция: CRISPR и генная терапия. Механизмы, успехи и новые горизонты

Достижения генетики запустили настоящую революцию в медицине. Инструменты вроде CRISPR сделали реальным редактирование генома человека, а генная терапия излечивает болезни, которые еще недавно считались неизлечимыми. В этом разделе мы объясним, как работают CRISPR и генная терапия, расскажем о главных успехах (например, в лечении серповидноклеточной анемии) и о других показаниях, где редактирование генов уже продвигается вперед.

CRISPR для начинающих: как работает редактирование генов

CRISPR-Cas9 представляет собой революционный инструмент редактирования генов, позаимствованный у иммунной системы бактерий. Проще говоря, CRISPR похож на молекулярные ножницы с навигатором: ученые создают короткую последовательность РНК («направляющую РНК»), которая совпадает с целевым участком ДНК в геноме, и соединяют ее с ферментом Cas9, выполняющим роль ножниц. Направляющая РНК приводит Cas9 точно в нужное место цепи ДНК, и фермент разрезает в этой точке обе нити. После разреза включаются естественные механизмы репарации клетки, и на этом этапе ученые могут добавить, удалить или изменить генетический материал:

• Если нужно отключить ген, клетке позволяют «небрежно» залатать разрез. При этом возникают небольшие ошибки (мутации), которые выводят ген из строя.
• Если нужно встроить или исправить ген, клетке предоставляют матрицу, то есть шаблонную последовательность ДНК. Клетка может использовать ее для восстановления разреза и тем самым включить в геном новую генетическую информацию.

Технология CRISPR, впервые продемонстрированная для редактирования генома в 2012 году, быстрее, дешевле и гораздо точнее прежних методов, таких как нуклеазы «цинковые пальцы» или TALEN. Она настолько проста в использовании, что о ней говорят как о «демократизации» редактирования генов, превратившей его в задачу «не сложнее правки текста». Лаборатории по всему миру быстро взяли CRISPR на вооружение, и уже к 2015 году начались первые попытки лечить с его помощью болезни.

Что такое генная терапия?

Генная терапия в широком смысле означает лечение или профилактику болезней путем изменения генов человека. Традиционная генная терапия, которая начала развиваться в 1990-х, обычно предполагала добавление здоровой копии гена в клетки с дефектным геном. Для доставки корректирующих генов в клетки пациента ранние методы использовали генетически модифицированные вирусы (например, лентивирусы или аденовирусы). Так, в 1990 году первой в истории пациенткой генной терапии стала четырехлетняя девочка с тяжелым комбинированным иммунодефицитом (ТКИД, «болезнью мальчика в пузыре»): врачи ввели в ее лейкоциты правильную копию дефектного гена ADA и частично восстановили иммунитет.

CRISPR и родственные инструменты редактирования генома придали генной терапии мощное ускорение, ведь теперь можно не только добавлять гены, но и править уже существующие:

• Генная терапия ex vivo. Клетки забирают у пациента, редактируют в лаборатории и вводят обратно. Этот подход часто применяют при болезнях крови: например, стволовые клетки костного мозга редактируют ex vivo, а затем трансплантируют пациенту.
• Генная терапия in vivo. Инструмент редактирования доставляют непосредственно в организм пациента, чтобы изменить клетки прямо в теле. Это сложнее (доставка обычно идет с помощью вирусов или инъекций наночастиц), но первые успехи уже есть при некоторых заболеваниях печени и глаз.

История успеха: излечение серповидноклеточной анемии

Одно из самых убедительных достижений генной терапии на основе CRISPR связано с серповидноклеточной анемией (СКА). Болезнь вызывается единственной мутацией в гене бета-глобина: аномальный гемоглобин деформирует эритроциты, придавая им форму серпа, что приводит к болевым кризам и поражению органов. Десятилетиями единственным шансом на излечение оставалась рискованная трансплантация костного мозга. Затем на сцену вышло редактирование генов:

• В 2019 году в ходе новаторского клинического исследования лечение получила пациентка Виктория Грей, ставшая первым человеком с наследственным заболеванием, которому провели CRISPR-терапию. Врачи забрали у нее стволовые клетки костного мозга, с помощью CRISPR-Cas9 отредактировали генетический «переключатель», запускающий выработку фетального гемоглобина (так компенсируется дефектный взрослый гемоглобин), и ввели клетки обратно. Результат оказался впечатляющим: отредактированные клетки начали вырабатывать здоровый гемоглобин, и болевые кризы прекратились.
• К 2023 году аналогичную CRISPR-терапию ex vivo получили десятки пациентов с СКА и бета-талассемией. Результаты оказались на редкость обнадеживающими: более чем у 90% пациентов с СКА, пролеченных в рамках исследований, не было ни одного вазоокклюзионного (болевого) криза как минимум в течение года после лечения. Многие фактически излечились и впервые в жизни живут без симптомов и переливаний крови.
• Кульминацией стали одобрения регуляторов в конце 2023 года. В ноябре 2023 года Великобритания первой в мире разрешила лекарство на основе CRISPR, одобрив терапию Casgevy для лечения СКА. В декабре 2023 года FDA одобрило ту же CRISPR-терапию (разработанную компаниями Vertex и CRISPR Therapeutics), а вместе с ней еще одну генную терапию СКА, lovo-cel компании Bluebird Bio, получившую название Lyfgenia. Эти решения вошли в историю: Casgevy стал первым в мире методом лечения, при котором клетки пациента редактируют с помощью CRISPR и возвращают ему в качестве лекарства.

Пациенты, подобные Виктории Грей, говорят, что генная терапия изменила их жизнь. CRISPR-подход к лечению СКА фактически обеспечивает функциональное излечение, причем после однократной процедуры. В отличие от пожизненной терапии, генная терапия навсегда устраняет или компенсирует генетический дефект. Как отмечалось в одном из отчетов, «самое революционное в генной терапии то, что ее нужно провести лишь однажды, и по сути она излечивает». Пациенты освобождаются от пожизненной зависимости от лекарств и переливаний крови.

Другие показания и успехи

Серповидноклеточная анемия служит лишь одним из примеров. Портфель генных терапий, многие из которых используют CRISPR или родственные технологии, быстро растет:

• Наследственные болезни крови. Помимо СКА, аналогичную стратегию CRISPR ex vivo применяют при бета-талассемии, тяжелой форме анемии. Пациенты, которые зависели от переливаний крови, после редактирования клеток костного мозга (для усиления выработки фетального гемоглобина) больше в них не нуждаются. Возможно, именно эти болезни крови станут первыми генетическими заболеваниями, которые благодаря редактированию генов начнут излечивать массово.
• Слепота (заболевания сетчатки). В 2017 году FDA одобрило Luxturna, генную терапию редкой формы слепоты (без CRISPR: здоровый ген доставляется с помощью вируса). Это была первая генная терапия наследственного заболевания. Развивая этот успех, в 2020 году исследователи впервые применили CRISPR внутри организма человека, попытавшись лечить врожденный амавроз Лебера (LCA10), наследственное заболевание сетчатки. Препарат EDIT-101 вводили под сетчатку, чтобы удалить мутацию. Первые результаты показали умеренное улучшение зрения у нескольких пациентов, но метод пока остается экспериментальным.
• Редактирование в печени in vivo. В 2021 году компания Intellia Therapeutics провела знаковое исследование лечения транстиретинового амилоидоза, смертельно опасного заболевания, при котором в тканях откладывается белок. Пациентам вводили внутривенно липидные наночастицы с компонентами CRISPR. Система, доставленная в печень, отключала в ее клетках ген болезни. Уже через несколько недель уровень токсичного белка в крови пациентов снизился более чем на 80%. Это была первая в истории системная доставка CRISPR в организм человека, и она сработала с высокой эффективностью. Открывается путь к лечению множества генетических и метаболических заболеваний, связанных с печенью, с помощью однократного внутривенного введения генных редакторов.
• Иммунотерапия рака. Редактирование генов совершенствует такие методы, как CAR-T-клеточная терапия, при которой собственные T-лимфоциты пациента генетически модифицируют, чтобы они атаковали опухоль. Классическая CAR-T-терапия использует вирусные векторы, но сейчас в клинических исследованиях CAR-T-клетки и другие иммунные клетки создают с помощью CRISPR. В одном исследовании CRISPR удалял из T-клеток ген PD-1, которым пользуются опухоли, чтобы «обезоружить» T-клетки. Затем отредактированные клетки вводили онкологическим пациентам, и первые результаты показали, что метод безопасен, а клетки способны атаковать опухоль. В более широком плане генно-редактированные иммунные клетки изучают для лечения солидных опухолей и создания универсальных донорских CAR-T-клеток.
• Редкие метаболические и неврологические заболевания. Под прицелом оказались и многие редкие болезни, вызванные дефектом одного гена. Например, против метахроматической лейкодистрофии и синдрома Гурлер разрабатываются генные терапии, доставляющие правильные гены в мозг и другие органы. Для лечения миодистрофии Дюшенна, при которой разрушаются мышцы, в 2023 году одобрили генную терапию Elevidys: она доставляет укороченную версию гена дистрофина и частично помогает пациентам. Ученые также испытывают CRISPR-коррекцию миодистрофии Дюшенна на животных моделях. Еще одно перспективное направление связано с прогерией, болезнью преждевременного старения: в 2021 году CRISPR-редактор оснований (фермент, меняющий одну «букву» ДНК без разреза) обратил вспять симптомы прогерии у мышей, хотя до применения у людей еще далеко.
• ВИЧ и другие инфекционные заболевания. Исследуется возможность сделать людей невосприимчивыми к ВИЧ путем редактирования гена CCR5 в T-клетках. Примечательно, что именно этот ген был изменен у скандально известных «CRISPR-младенцев» 2018 года, о которых речь пойдет ниже. В рамках экспериментальных терапий ген CCR5 пытались отключить в стволовых клетках костного мозга и затем вводили эти клетки пациентам, чтобы воспроизвести естественную мутацию CCR5-delta32, которая дает иммунитет к ВИЧ. Функциональное излечение ВИЧ с помощью генной терапии пока в разработке, но сама концепция подтверждена: известны люди, излечившиеся от ВИЧ после пересадки костного мозга от доноров с мутацией CCR5. CRISPR, возможно, позволит добиться того же эффекта без донора. Кроме того, разрабатываются противовирусные средства на основе CRISPR, которые атакуют вирусную ДНК (например, ВИЧ или гепатита B) непосредственно в зараженных клетках.

К концу 2023 года генная терапия набрала такую скорость, что FDA, учитывая богатый портфель разработок, ожидало одобрять от 10 до 20 генных и клеточных терапий в год к 2025 году. И действительно, в 2022-2023 годах было одобрено сразу несколько генных терапий, в том числе для лечения бета-талассемии, гемофилии и еще одного наследственного заболевания сетчатки. Еще в 2019 году глава FDA назвал этот подъем «поворотным моментом», сравнимым с появлением моноклональных антител несколько десятилетий назад.

Новые инструменты: редактирование оснований и прайм-редактирование

Помимо CRISPR-Cas9 появляются и более новые инструменты редактирования генов:

• Редакторы оснований. Эти молекулярные машины способны напрямую превращать одно основание ДНК в другое (например, A в G или C в T), не разрезая обе нити. Они идеально подходят для исправления точечных мутаций. В 2022 году в первом исследовании редактора оснований на людях лечили пациента с T-клеточным лейкозом: его иммунные клетки отредактировали так, чтобы они атаковали рак (исследование BEACON продолжается). Редактирование оснований испытывают и при СКА: препарат BEAM-101 компании Beam Therapeutics с помощью редактора оснований запускает выработку фетального гемоглобина. Потенциальное преимущество метода заключается в меньшем числе нецелевых изменений и более точной замене отдельных «букв».
• Прайм-редактирование. Этот метод, представленный в 2019 году, работает как функция «найти и заменить» для ДНК. Он позволяет выполнять небольшие вставки, делеции и все 12 возможных точечных замен без двухцепочечных разрывов. До клиники прайм-редактирование пока не дошло, но когда-нибудь оно сможет исправлять мутации при тех генетических заболеваниях, с которыми трудно справиться с помощью CRISPR или редакторов оснований.

Все эти достижения показывают, что меняется сам язык медицины. Такие термины, как CRISPR, генная терапия и редактирование оснований, еще недавно были узкоспециальным жаргоном, а теперь звучат в широких дискуссиях о лечении. Публикации и правительства подчеркивают, что при всей своей перспективности эти технологии должны применяться ответственно. Как отметила Всемирная организация здравоохранения, «редактирование генома человека способно излечивать болезни, но его потенциал раскроется полностью, только если оно будет доступно всем людям, а не станет источником неравенства». В следующем разделе мы подробно рассмотрим этические споры и регуляторные механизмы, призванные обеспечить разумное и безопасное использование генетических инструментов.

Этические споры и регулирование

Возможность изменять генетический код живых существ, от сельскохозяйственных культур и насекомых до пациентов и даже эмбрионов человека, порождает глубокие этические вопросы и регуляторные проблемы. В этом разделе мы рассмотрим ключевые дискуссии (безопасность ГМ-продуктов, экологические риски, этика редактирования генов человека, опасения «играть в Бога») и расскажем, как правительства и международные организации регулируют генетические технологии.

ГМ-продукты и культуры: безопасность, экология и права потребителей

С самого начала генетически модифицированные продукты встречали как с оптимизмом, так и со скептицизмом. Вот главные этические и социальные вопросы:

• Пищевая безопасность. Безопасно ли есть ГМ-продукты? На сегодня научный консенсус таков: представленные на рынке ГМ-продукты столь же безопасны, как и традиционные. Эти культуры проходят строгую оценку пищевой безопасности с акцентом на токсичность, аллергенность и питательные свойства. Например, Всемирная организация здравоохранения заявляет, что «имеющиеся сегодня ГМ-продукты... прошли оценку безопасности и вряд ли представляют риск для здоровья человека», и отмечает, что у населения не выявлено неблагоприятных последствий от употребления одобренных ГМ-продуктов. Однако общественные организации порой утверждают, что долгосрочных исследований недостаточно, и ссылаются на работы (часто оспоренные или отозванные), авторы которых заявляли о возможном вреде. Таково, например, нашумевшее исследование Сералини 2012 года на крысах, связавшее ГМ-кукурузу с опухолями. Впоследствии его опровергли из-за неудачного дизайна.
• Аллергенность и перенос генов. Этические нормы призывают к осторожности при переносе генов из аллергенных источников (например, арахиса) в другие продукты. До сих пор ни один ГМ-продукт на рынке не вызвал у людей новых аллергий. Еще одно опасение связано с тем, могут ли гены из ГМ-продуктов перейти к бактериям кишечника или клеткам человека. Например, ген устойчивости к антибиотику, используемый в качестве маркера, теоретически мог бы попасть в кишечную микрофлору. Вероятность этого крайне мала, но разработчики теперь по возможности отказываются от таких маркеров.

Влияние на окружающую среду. ГМ-культуры ставят экологические вопросы. Могут ли встроенные гены попасть в дикорастущие родственные виды (при перекрестном опылении) и породить «суперсорняки»? Могут ли растения, вырабатывающие пестициды (например, Bt-токсин), навредить нецелевым организмам, таким как бабочки или полезные насекомые? Эти вопросы самым серьезным образом рассматриваются при оценке экологических рисков. Вот что известно на сегодня:

• Поток генов. Случаи переноса генов действительно фиксировались (например, устойчивость к гербициду переходила от ГМ-рапса к диким родственникам из семейства крестоцветных). Снизить риск помогают буферные зоны и стерильные сорта. Регуляторы оценивают, могут ли дикие популяции растений стать инвазивными, если приобретут такой признак.
• Влияние на нецелевые организмы. Масштабные исследования бабочек-монархов и Bt-кукурузы в начале 2000-х годов показали, что в реальных условиях риск для популяций монархов от пыльцы Bt-кукурузы очень низок (первые лабораторные опыты давали повод для беспокойства). Тем не менее мониторинг необходим. Кроме того, чрезмерное использование Bt-культур привело к тому, что у некоторых целевых вредителей выработалась устойчивость к Bt-токсину. Это эволюционная проблема, требующая интегрированной защиты растений с чередованием или комбинированием признаков.
• Биоразнообразие. Часто звучит критика, что монокультуры ГМ-растений снижают сельскохозяйственное биоразнообразие и ведут к росту применения гербицидов (так, культуры Roundup Ready привели к массовому использованию глифосата и появлению устойчивых к нему сорняков). С другой стороны, некоторые ГМ-признаки, напротив, сокращают использование химикатов: Bt-культурам требуется меньше инсектицидов, а устойчивые к гербицидам сорта способствовали переходу на менее токсичный гербицид. Эти компромиссы учитываются при регуляторной оценке.

Дискуссия выходит и за рамки науки:

• Корпоративный контроль и права фермеров. Этический спор нередко касается не столько науки, сколько того, кто контролирует производство продовольствия. Основные ГМ-семена запатентованы крупными компаниями (например, Monsanto, ныне Bayer; DowDuPont/Corteva; Syngenta). Фермерам может быть юридически запрещено оставлять семена от своего урожая. Это вызывает опасения по поводу зависимости мелких фермеров от крупного агробизнеса и концентрации рынка семян. Сторонники социально ориентированного подхода настаивают на том, чтобы технологии были доступны бедным, например разрабатывать «золотой рис» как гуманитарный, а не коммерческий проект.
• Выбор потребителя и маркировка. Многие считают, что потребитель имеет этическое право знать, есть ли в его еде ГМ-ингредиенты. Отсюда борьба за законы о маркировке ГМО. В ЕС давно обязательна маркировка любых продуктов с содержанием ГМ-компонентов более 0,9%. В США после многолетних споров в 2016 году приняли федеральный закон, обязывающий к 2022 году раскрывать информацию о биоинженерных продуктах. Однако вместо термина «ГМО» на американских этикетках пишут «Bioengineered», а иногда размещают лишь QR-код на упаковке. Критики, например эксперт по продовольственной политике Марион Нестле, считают, что закон был удобен индустрии: маркировка стала менее заметной (благодаря «пасторальному» термину и образам), а многие переработанные ингредиенты (рафинированные сахар и масла из ГМ-культур) от нее освобождены. Суть этической дилеммы в том, как сочетать прозрачность с нежеланием сеять необоснованную панику. Сторонники ГМО опасаются, что маркировка в духе «череп и кости» будет восприниматься как предупреждение, не подкрепленное наукой, а защитники прав потребителей настаивают, что полная прозрачность относится к базовым правам.

Регулирование ГМО. Чтобы решать эти вопросы, в большинстве стран созданы надежные системы регулирования ГМО. В США действует принятая в 1986 году Скоординированная система регулирования биотехнологий, которая распределяет полномочия между FDA, USDA и EPA. FDA оценивает пищевую безопасность ГМ-культур (состав, аллергены и т. д.), EPA регулирует пестицидные вещества, вырабатываемые ГМ-растениями (например, Bt-токсины, которые называют встроенными в растение протекторами), а служба USDA-APHIS следит за тем, чтобы ГМ-растения не наносили вреда сельскому хозяйству и не становились сорняками или вредителями. Каждый ГМО проходит многолетнюю проверку, прежде чем выйти на рынок.

Европейский союз придерживается более жесткого подхода, основанного на принципе предосторожности. Одобрение на уровне ЕС идет медленно и сопровождается спорами, а государства-члены вправе запретить выращивание ГМ-культур на своей территории. Европейский скептицизм отчасти культурный, отчасти вызван прошлыми продовольственными скандалами (например, с «коровьим бешенством»), которые подорвали доверие общества. По состоянию на 2023 год ЕС пересматривает свою позицию в отношении новых генно-редактированных культур и рассматривает возможность смягчить правила для некоторых «новых геномных технологий» под давлением необходимости внедрять инновации и адаптироваться к изменению климата. В этой дискуссии потенциальные выгоды агротехнологий сталкиваются с глубоко укоренившейся общественной осторожностью.

На международном уровне действует Картахенский протокол по биобезопасности (2003 год), который регулирует трансграничное перемещение ГМО. Он позволяет странам запрещать ввоз ГМО при недостаточных доказательствах их безопасности, что отражает принцип предосторожности, а также требует маркировать партии ГМ-сырья, например кукурузы или сои. Протокол ратифицировали более 170 стран (примечательно, что США к нему не присоединились). Картахенский протокол воплощает этический приоритет «не навреди» за пределами национальных границ и право государств защищать биоразнообразие от возможных рисков, связанных с иностранными ГМО.

Редактирование генов человека: этика CRISPR и зародышевой линии

Особенно высоки этические ставки при редактировании генов человека, прежде всего если изменения могут затронуть будущие поколения (редактирование зародышевой линии):

• Соматические и зародышевые клетки. Соматическая генная терапия (редактирование клеток, которые не передаются потомству, например клеток крови или органов) как метод лечения вызывает сравнительно мало споров, поскольку затрагивает только самого пациента. Редактирование зародышевой линии (эмбрионов, сперматозоидов или яйцеклеток) было бы наследуемым, и изменения передавались бы потомкам. Это порождает куда более глубокие этические вопросы, ведь так можно навсегда изменить генофонд человечества.

Скандал с «CRISPR-младенцами». В ноябре 2018 года китайский ученый Хэ Цзянькуй потряс мир, объявив о рождении первых детей с отредактированными генами. Он применил CRISPR к эмбрионам человека, чтобы отключить ген CCR5 и тем самым сделать детей устойчивыми к ВИЧ, поскольку их отец был ВИЧ-положительным. Все делалось втайне: эмбрионы имплантировали женщине, и у нее родились девочки-близнецы. Научное сообщество и специалисты по биоэтике почти единодушно осудили эксперимент. Почему?

• Эксперимент был преждевременным и не имел медицинской необходимости: заражение ВИЧ можно предотвратить более безопасными способами, поэтому редактирование эмбрионов ради этого было неоправданным риском.
• Хэ Цзянькуй провел его без надлежащего надзора и прозрачности, нарушив принятые нормы и, возможно, китайские правила проведения исследований на эмбрионах.
• Сами правки оказались неточными и не совпали с задуманными: гены CCR5 у близнецов были мозаичными и не соответствовали известной мутации Delta32, которая дает устойчивость к ВИЧ. Иными словами, эксперимент провалился и технически, но в результате все равно родились живые дети с неизвестными мутациями.
• Важно и то, что любые ошибки могли навредить не только этим детям, но и их будущим потомкам. Под большим вопросом оказалось и информированное согласие: эмбрионы дать согласие не могут, а родители, возможно, не вполне понимали риски (позже выяснилось, что Хэ скрывал детали в формах согласия и вводил участников в заблуждение, называя проект «вакциной от СПИДа»).

Наказание последовало быстро: в декабре 2019 года китайский суд приговорил Хэ к трем годам лишения свободы и штрафу за незаконную медицинскую практику. Двое его коллег также получили меньшие сроки. Сигнал был недвусмысленным: редактирование зародышевой линии человека в эмбрионах недопустимо, по крайней мере пока, а тайные эксперименты такого рода преступны. Во всем мире эта история дала толчок более глубоким дискуссиям и призывам усилить контроль над редактированием генов.

Этические проблемы редактирования генома человека. Исследователи обычно рассматривают их через несколько принципов:

• Безопасность. Безопасна ли процедура, нет ли нецелевых изменений или мозаицизма? При нынешнем уровне технологий редактирование зародышевой линии недостаточно безопасно, чтобы применять его к эмбрионам, из которых родятся дети. Даже соматические терапии требуют осторожности в отношении непреднамеренных правок.
• Согласие. Будущие поколения не могут дать согласие на генетические изменения, которые мы им навязываем. Некоторые возражают, что родители и так постоянно принимают решения, влияющие на детей (например, ЭКО со скринингом эмбрионов), однако изменения зародышевой линии качественно отличаются.
• Справедливость и доступность. Если редактирование зародышевой линии разрешат, будет ли оно доступно всем или только богатым? Существуют опасения, что это усугубит неравенство: появятся «дизайнерские дети» с улучшенными признаками у тех, кто может заплатить, и «естественный» низший класс. Генеральный директор ВОЗ Тедрос Адханом Гебрейесус предупреждал, что редактирование генома не должно увеличивать неравенство в сфере здравоохранения.
• Граница между лечением и улучшением. Большинство специалистов по биоэтике поддерживают редактирование генов для лечения тяжелых заболеваний (когда оно станет безопасным), но решительно против его использования для улучшения человека, например для выбора цвета глаз, роста или интеллекта. Однако граница не всегда очевидна. Чем считать снижение риска болезни Альцгеймера: «улучшением» или профилактикой? Опасения «скользкой дорожки» вполне реальны: если редактирование зародышевой линии станет нормой при болезнях, что помешает постепенно перейти к немедицинским улучшениям? Многие считают редактирование зародышевой линии морально проблематичным во всех случаях, кроме крайней медицинской необходимости, по крайней мере пока общество не придет к консенсусу.
• Достоинство человека и естественная целостность. Одни считают, что создание «дизайнерских людей», даже из лучших побуждений, может подорвать отношение к человеческой жизни как к дару. Другие видят в этом следующий шаг в избавлении от страданий. Здесь затрагиваются философские и религиозные убеждения о том, не «играем ли мы в Бога» и не меняем ли саму суть того, «что значит быть человеком».

Политика в этой сфере развивалась в ответ на эти вызовы:

• Глобальная политика. Около 40 стран прямо запрещают или ограничивают редактирование зародышевой линии человека на законодательном уровне (например, многие европейские). В других есть рекомендации, но нет жестких законов. Международный саммит по редактированию генов человека в Вашингтоне в 2015 году пришел к выводу, что приступать к клиническому редактированию зародышевой линии безответственно, пока не решены вопросы безопасности и не достигнут широкий общественный консенсус. После скандала с «CRISPR-младенцами» ведущие ученые призвали ввести глобальный мораторий на имплантацию отредактированных эмбрионов (март 2019 года, публикация в журнале Nature). В 2020 и 2021 годах ВОЗ созвала экспертную группу, которая в середине 2021 года рекомендовала создать глобальный реестр исследований в области редактирования генов, пока ограничиться соматическим редактированием и сохранять запрет на редактирование зародышевой линии «до тех пор, пока не будут выполнены условия его приемлемости». Эксперты подчеркнули необходимость международного регулирования, чтобы предотвратить «незаконные, незарегистрированные, неэтичные или небезопасные исследования». Сам факт, что Хэ Цзянькуй смог сделать то, что сделал, обнажил пробелы в надзоре.
• Последние события. В 2023 году, отбыв наказание, Хэ Цзянькуй снова появился на публике и заявил о желании заниматься генной терапией болезней. Встретили его настороженно: мировое научное сообщество так и не простило ему подрыва доверия. Между тем другие ученые, например российский исследователь Денис Ребриков, в свое время заявляли о планах редактировать эмбрионы, чтобы исправить ген, вызывающий глухоту (из-за критики он от этого отказался). Итог таков: де-факто существует международный консенсус о том, что клиническое редактирование зародышевой линии поставлено на паузу. Однако лабораторные исследования, не приводящие к рождению детей, продолжаются, чтобы повысить безопасность на случай, если в будущем общество решит применять этот метод при тяжелых заболеваниях.

Регулирование в медицине и генной терапии

Регулирование медицинского редактирования генов и генной терапии сложно, но крайне важно:

• Надзор за клиническими исследованиями. В таких странах, как США, соматическая генная терапия регулируется FDA как биологический препарат, что требует многолетних клинических исследований. Этические комитеты и институциональные протоколы следят за тем, чтобы любой эксперимент (например, с CRISPR) проводился с информированного согласия и имел научную ценность. Трагическая гибель пациента Джесси Гелсингера в 1999 году во время испытаний генной терапии из-за иммунной реакции привела к ужесточению мониторинга и повышению прозрачности таких исследований.
• Пострегистрационный мониторинг. Даже после одобрения генные терапии часто требуют долгосрочного наблюдения, поскольку изменения могут иметь отдаленные последствия. Например, в некоторых ранних исследованиях генной терапии в качестве побочного эффекта развивался лейкоз из-за того, куда именно встроился новый ген. Сейчас регуляторы нередко требуют анализа сайтов интеграции и ведения многолетних регистров пациентов, получивших генную терапию.
• Патенты на CRISPR и доступность. Вокруг CRISPR развернулся крупный патентный спор между Институтом Брода и Калифорнийским университетом в Беркли. От его исхода зависит, какие компании смогут разрабатывать терапии, а лицензионные отчисления могут повлиять на стоимость лечения. Что касается доступности, генная терапия чрезвычайно дорога. Однократное лечение спинальной мышечной атрофии (СМА) препаратом Zolgensma стоит 2,1 млн долларов, и это одно из самых дорогих лекарств в мире. Возникают этические вопросы: как системам здравоохранения оплачивать такое лечение? Этично ли, что лекарство существует, но пациенту могут в нем отказать из-за цены? Компании утверждают, что цена отражает долгосрочную ценность (Zolgensma заменяет многие годы медицинской помощи), но многие призывают к новым моделям, таким как оплата за результат или государственные и благотворительные субсидии, чтобы ни один пациент «не остался за бортом» этих прорывов.
• Биобезопасность и регулирование технологий двойного назначения. Как уже говорилось, CRISPR может быть использован для создания биологического оружия. Власти рассматривают возможность усилить Конвенцию о биологическом оружии с учетом редактирования генома. Обсуждается и проверка заказов на синтез ДНК: компании, изготавливающие ДНК по заказу исследователей, проверяют последовательности, чтобы никто не смог, например, «напечатать» геном опасного вируса. Задача в том, чтобы сохранить открытость исследований и инноваций и при этом не допустить злоупотреблений. Это классическая дилемма двойного назначения.

Общественная дискуссия и будущие нормы

Этические споры выходят далеко за пределы научного сообщества, и ключевую роль играют вовлечение и просвещение общества. В 2018-2019 годах ряд научных организаций, в том числе Национальные академии США и Королевское общество Великобритании, создали международную комиссию по наследуемому редактированию генома человека. В докладе 2020 года комиссия предложила осторожную «дорожную карту»: она не дала зеленый свет клиническому применению, но указала, что если общество когда-нибудь решится на этот шаг, применение следует ограничить тяжелыми заболеваниями, для которых нет альтернатив, и только после масштабных дополнительных исследований и достижения широкого консенсуса.

Для сельского хозяйства некоторые предлагают компромисс: чтобы завоевать доверие общества, делать акцент на ГМ-признаках, которые приносят пользу потребителям или окружающей среде (например, на культурах с повышенной питательной ценностью или сниженной потребностью в удобрениях), а не на признаках, выгодных в первую очередь производителям (таких как устойчивость к гербицидам). Генно-редактированные культуры нового поколения, которые зачастую не содержат чужеродной ДНК, могут восприниматься лучше. В США, Японии и Бразилии их уже регулируют мягче, и, возможно, вскоре так будет и в ЕС. Снять опасения помогут прозрачная коммуникация и независимые исследования в общественных интересах, например изучение долгосрочных экологических последствий.

Таким образом, этика и регулирование служат связующей тканью в цепи, ведущей от генетической науки к обществу. Они стремятся максимизировать пользу (излечение болезней, продовольственная безопасность) и минимизировать вред (риски для здоровья, нарушение экосистем, неравенство). Этот баланс очень хрупок. По сути, мир ведет масштабный диалог о том, что допустимо. Должны ли мы изменять виды? Должны ли мы изменять самих себя? Если да, то до какой степени и кто будет это решать? У нас есть международные договоры, такие как Картахенский протокол для ГМО и европейская Конвенция Овьедо, запрещающая редактирование зародышевой линии, но технологии развиваются гораздо быстрее политики. В заключении мы порассуждаем о том, куда может привести эта генетическая революция в ближайшее десятилетие, если ее будут ответственно направлять этические ориентиры.

Заключение: какой генетический мир ждет нас через 10 лет?

Темпы развития генетики позволяют предположить, что мир через 10 лет (около 2035 года) может заметно измениться. Сегодня мы находимся в точке перелома, сравнимой с зарей компьютерной эпохи или эпохи интернета, только на этот раз мы осваиваем код самой жизни. Если не случится непредвиденных потрясений, в ближайшее десятилетие вполне вероятны следующие события и сценарии.

Преображенная медицина

Через десять лет многие генетические методы лечения могут перейти из разряда экспериментальных в повседневную практику:

• Генная терапия как норма. Ожидается, что к 2035 году будут одобрены десятки генных терапий для широкого круга редких заболеваний, от мышечных дистрофий до нарушений обмена веществ. Каждое редкое заболевание сегодня затрагивает лишь несколько тысяч пациентов в мире, но в сумме речь идет о миллионах людей. Каждый год должны появляться новые «однократные лекарства». Регуляторы прогнозировали, что начиная с 2025 года будет одобряться по 10-20 клеточных и генных терапий в год, а значит, к 2035 году их каталог может превысить 100 наименований. Среди них могут оказаться CRISPR-терапии распространенных состояний, например высокого холестерина или хронических инфекций (ученые уже испытывают CRISPR-терапию ВИЧ in vivo).
• Рак и усиление иммунитета. Многие виды рака, особенно онкогематологические, скорее всего, будут лечить генно-инженерными иммунными клетками в рамках стандартной терапии. CAR-T-терапия станет эффективнее (в том числе против солидных опухолей), а редактирование генов, возможно, снизит ее побочные эффекты и стоимость. Не исключено даже появление профилактических генетических подходов, например редактирования иммунных клеток здоровых людей из группы высокого риска, чтобы заранее «вооружить» их против некоторых видов рака.
• CRISPR в клинической практике. Инъекции CRISPR in vivo могли бы лечить распространенные болезни. Например, однократная внутривенная инфузия CRISPR-препарата могла бы навсегда снизить уровень холестерина ЛПНП, отредактировав ген PCSK9 в печени, и тем самым резко сократить риск сердечно-сосудистых заболеваний (испытания на людях уже начинаются). Или CRISPR можно будет использовать для удаления вируса гепатита B из зараженных клеток печени. Такие терапии повлияли бы на здоровье миллионов людей по всему миру, а не только на редкие случаи.
• Излечение болезней крови. По мере масштабирования CRISPR-терапии ex vivo серповидноклеточная анемия и талассемия во многих странах, вероятно, станут в основном излечимыми. Главной задачей к 2035 году будет сделать эти методы доступными в Африке и Южной Азии, где они нужнее всего. Возможно, появится более простое редактирование генов in vivo (в виде инъекций), позволяющее обойтись без трансплантации костного мозга.
• Доступное секвенирование и персонализированная медицина. К 2035 году секвенирование генома новорожденных (с согласия родителей) может стать рутинной процедурой, позволяющей на раннем этапе выявлять генетические факторы риска и заболевания. Это станет основой для персонализированной профилактики и раннего вмешательства, включая генную терапию. Генетический скрининг перед рождением детей тоже может стать обычной частью планирования семьи. Он порождает свои тонкие этические вопросы, но способен снизить число тяжелых генетических заболеваний благодаря осознанному выбору (ЭКО со скринингом эмбрионов и другие варианты).
• Ксенотрансплантация. Смежное направление связано с пересадкой человеку органов генетически модифицированных свиней. В 2022 году мужчина прожил два месяца с сердцем ГМ-свиньи (в геном животного внесли 10 изменений, чтобы снизить риск отторжения). Через 10 лет такие трансплантаты, возможно, будут работать гораздо дольше и станут «мостом», который поддержит пациента до появления донорского органа, а то и почти постоянным решением. Если это удастся, к 2035 году, возможно, никто больше не будет умирать в листе ожидания трансплантации: дефицит органов восполнят свиные органы, созданные благодаря генной инженерии.
• Снижение стоимости и равный доступ. С ростом числа генных терапий развернется интенсивная работа по снижению их стоимости, будь то инновации в производстве или эффект масштаба при более широком применении. Глобальные партнерства могут сделать терапии доступнее в странах с низким уровнем дохода, подобно тому как в 2000-х годах расширялся доступ к препаратам от ВИЧ. С этической точки зрения главным сюжетом десятилетия станет борьба за то, чтобы эти чудо-лекарства не превратились в роскошь для богатых стран. ВОЗ и другие организации уже разрабатывают механизмы доступа к генной терапии в рамках целей всеобщего охвата услугами здравоохранения.

Наша еда и наша планета

Через 10 лет генетика, скорее всего, будет во многом определять развитие сельского хозяйства и управление окружающей средой:

• Генно-редактированные культуры повсюду. Бум редактирования генов 2020-х годов к 2030-м принесет целый спектр новых сортов. Стоит ожидать засухоустойчивых и солеустойчивых культур для борьбы с последствиями изменения климата, созданных, возможно, за счет правки собственных генов растения (без трансгенов). Такие сорта помогут стабилизировать урожаи на фоне все более непредсказуемой погоды. Могут появиться и культуры с повышенной питательной ценностью (например, биофортифицированные маниок или сорго), созданные с помощью CRISPR для улучшения питания в развивающихся регионах.
• Устойчивое земледелие. Возможно, появятся культуры, способные фиксировать азот или эффективнее усваивать удобрения, что снизит загрязнение стоков. Генные драйвы, в свою очередь, могут применяться против вредителей, чтобы защищать урожай без химических пестицидов. Например, генный драйв мог бы сдерживать нашествия саранчи или жуков, уничтожающих посевы. К 2035 году, если удастся преодолеть регуляторные барьеры, несколько сельскохозяйственных генных драйвов могут пройти полевые испытания.
• Животноводство и аквакультура. Возможно, появятся генно-редактированные коровы, устойчивые к некоторым болезням (например, к туберкулезу), или свиньи, невосприимчивые к чуме свиней. Часть таких разработок ведется уже сейчас. Редактирование генов сельскохозяйственных животных может улучшить и их благополучие: например, отключение гена, отвечающего за рога, позволяет выводить комолый скот и избавить животных от болезненного удаления рогов. В рыбоводстве, помимо лосося, могут появиться и другие ГМ-рыбы, которые помогут удовлетворить спрос на белок с меньшей нагрузкой на окружающую среду.
• Восстановление экосистем. Генетика может помочь в охране природы: например, восстанавливать генетическое разнообразие исчезающих видов, удаляя вредные мутации, или даже предпринимать попытки «воскрешения» вымерших видов, воссоздавая их признаки у близкородственных видов. Полноценное возрождение вымерших животных (например, шерстистого мамонта) остается амбициозной и спорной задачей, но генетические инструменты могут помочь адаптироваться существующим видам. Через 10 лет у нас, возможно, появятся устойчивые к грибковой болезни американские каштаны, которые благодаря генной правке снова будут процветать, хотя этот вид почти исчез, или коралловые рифы, возрожденные генетически измененными кораллами, способными выдерживать потепление океана.
• ГМО и общество. Отношение общества может измениться, когда люди непосредственно ощутят пользу. Если, например, сорт риса, созданный с помощью CRISPR, заметно снизит детскую слепоту (как это задумано в случае «золотого риса», обогащенного витамином A), это может смягчить противодействие. Свою роль сыграет и образование: следующее поколение, выросшее на ежедневных новостях о прорывах CRISPR, скорее будет воспринимать генетические технологии как обычный инструмент, а не как пугающую науку. Это может сделать общественный диалог более взвешенным, а регулирование более гибким, учитывающим различия между видами модификаций.

Генетический контроль насекомых и общественное здравоохранение

В ближайшие годы вполне могут начаться первые практические применения передовых методов генетического биоконтроля:

• Генный драйв против малярийных комаров. Вполне возможно, что к началу 2030-х годов, если все испытания безопасности пройдут успешно и будут выстроены регуляторные процедуры, в Африке выпустят комаров с генным драйвом для борьбы с малярией. Организации вроде Target Malaria рассчитывают на полевое применение, вероятно, в течение 5-10 лет. Успех мог бы означать полное и окончательное исчезновение некоторых популяций малярийных комаров и, возможно, искоренение малярии в ряде регионов. Это событие изменило бы мир, но к нему будут подходить с предельной осторожностью и при строгом мониторинге.
• Другие ГМ-насекомые. Вслед за малярийными комарами под прицел могут попасть и другие переносчики болезней: с помощью генных драйвов можно будет бороться с комарами Aedes, разносящими денге, или редактировать клещей, чтобы снизить распространение болезни Лайма. Возможны и полезные применения, например генетическое повышение устойчивости медоносных пчел к вирусам для борьбы с массовой гибелью пчелиных семей.
• Готовность к биоугрозам. С другой стороны, по мере распространения генных технологий миру придется инвестировать в биобезопасность. К 2035 году, возможно, появятся международные соглашения, прямо распространяющие действие Конвенции о биологическом оружии на редактирование генов, а также более совершенные системы обнаружения генетически новых организмов в окружающей среде. Остается надеяться, что ответственное регулирование и добросовестное применение генных технологий намного перевесят любые злонамеренные попытки.

Зародышевая линия человека: осторожные шаги?

С консервативной точки зрения наследуемое редактирование генома человека до 2035 года останется под запретом или на паузе, а основные усилия будут направлены на совершенствование соматических терапий и поиск консенсуса. Однако существует и сценарий, при котором начнется контролируемое и узкое применение:

• Если CRISPR и инструменты следующего поколения станут предельно точными и безопасными и возникнет убедительный медицинский случай (например, пара, в которой оба партнера страдают тяжелым генетическим заболеванием, неизбежно передающимся каждому ребенку, так что одного скрининга эмбрионов недостаточно), может возникнуть давление в пользу того, чтобы разрешить редактирование эмбрионов и предотвратить трагедию. К концу 2020-х или в 2030-х годах, после общественного обсуждения, регуляторы могут рассмотреть отдельные исключения для редактирования зародышевой линии в целях профилактики болезней при строгом надзоре. Но это будет постепенный процесс. Лидерами могут стать страны вроде Великобритании с ее авторитетным регулятором в сфере ЭКО, которые разрешат ограниченное число случаев, подобно тому как там разрешили митохондриальное замещение («дети трех родителей») при митохондриальных заболеваниях. Любой такой шаг будет сопровождаться глобальными нормами, чтобы не допустить вседозволенности со стороны недобросовестных клиник репродуктивной медицины. Рамочный документ ВОЗ 2021 года уже стал шагом к такому глобальному регулированию.
• Этическая дискуссия останется оживленной. Общество, возможно, станет терпимее к некоторым улучшениям (например, удаление гена, повышающего риск болезни Альцгеймера, может восприниматься как аналог вакцины). А может, напротив, вновь подтвердит жесткую позицию о недопустимости изменений зародышевой линии. Скорее всего, в ближайшие 10 лет ни одна страна открыто не разрешит «дизайнерских детей» с немедицинскими признаками, а любые нарушения будут сурово караться: урок истории Хэ Цзянькуя усвоен.

Демократизация и генетическая грамотность

Следующее десятилетие должно также повысить генетическую грамотность широкой публики. Генетика прочно войдет в образование: CRISPR станет частью базовых школьных знаний, а на уроках биологии в старших классах, возможно, появятся практические лабораторные работы с CRISPR. Может расцвести гражданская наука в генетике: энтузиасты будут проводить простые генетические правки бактерий или растений в общественных лабораториях, разумеется, под контролем, гарантирующим безопасность. Такая демократизация способна подстегнуть инновации, но ее необходимо уравновешивать регулированием, чтобы не допустить опасных экспериментов «биохакеров-любителей».

Заключительные мысли

В «генетическом мире» через 10 лет человек все чаще будет выступать в роли хранителя эволюции. Мы сможем осознанно и разумно формировать сельскохозяйственные культуры, живые существа и, возможно, собственную биологию. Цепи ДНК, однажды понятые, стали цепями, звенья которых мы можем соединять и разъединять. Это открывает огромные возможности: избавление от генетических болезней, более устойчивое сельское хозяйство, защита видов и увеличение продолжительности здоровой жизни. Но большая сила означает и большую ответственность. Обществу понадобятся прочные цепи этики и политики, которые будут направлять эти возможности, то есть «цепи жизни», основанные на подотчетности и гарантирующие, что в погоне за прогрессом мы не поставим под угрозу окружающую среду и собственную человечность.

По сути, мы пишем новую главу кода жизни. Вероятно, к 2035 году будет закончен первый черновик этой главы, и станет ясно, какие сценарии, утопические или предостерегающие, наберут силу. Увидим ли мы мир без малярии, где пациенты излечены от серповидноклеточной анемии и рака, а продовольственная безопасность укреплена благодаря устойчивым культурам? Вполне возможно, да. Одновременно мы должны стремиться к тому, чтобы этот генетический ренессанс был инклюзивным и безопасным, и ключевую роль здесь играют глобальный надзор, равный доступ и вовлечение общества. Если нам это удастся, генетическая революция войдет в историю как один из величайших триумфов человечества, время, когда знание о двойной спирали ДНК позволило нам выковать для будущих поколений более здоровую, устойчивую и справедливую «цепь жизни».