Человек редактированный, или Биомедицина будущего - Сергей Львович Киселев

а не за месяцы и годы, как это было в ранее созданных системах геномного редактирования, что существенно экономит время и деньги для новых исследований.

Однако никакие открытия ученых сами по себе не могут принести заметную пользу человечеству — на их основе надо создать технологии, которые будут востребованы. Если научные исследования обычно финансируются государством, то технологиями чаще всего владеет бизнес, который может быть заинтересован в их внедрении. И он же получает от этого внедрения основной доход. Каждое небольшое научное достижение, даже каждый, грубо говоря, «научный чих» можно каким-то образом попытаться превратить в товар. А система CRISPR/Cas9 бактерий — это действительно выдающееся научное открытие, на основе которого можно теперь создать технологию и получить конечные продукты. Но для того чтобы не было конкурентов, необходимо получить исключительные права на использование системы CRISPR/Cas9 для разработок, прежде всего путем патентования тех возможных областей, где ее можно использовать. Какие это области — уже понятно, поскольку новый инструмент генной инженерии позволяет работать с генами не в пробирке, как это было с середины 1970-х годов, а непосредственно в живой клетке.

Сразу скажу, что почти всеми патентами на применение системы CRISPR/Cas9 владеют нобелевские лауреаты Дженнифер Дудна и Эмманюэль Шарпантье, кто-то из их ближайших коллег и те компании, в которые они входят. А владение всеми патентами на использование системы означает, что за любое коммерческое применение геномного редактирования с помощью CRISPR/Cas9 необходимо платить владельцам патентов или их компаниям. К счастью для мировой науки, патент закрывает только возможность коммерческого использования научного достижения, но никак не ограничивает его дальнейшее применение в научных изысканиях.

Научные исследования могут проводиться без всяких ограничений.

Важнейшие области коммерческого применения системы CRISPR/Cas9 владельцы патентов видят в сельском хозяйстве (растениеводстве и животноводстве) и в индустриальной биологии, направленной на получение более высокоэффективных источников биотоплива и создание новых типов микроорганизмов, способных уничтожать те или иные отходы. Это исключительно важное направление, потому что запасы органических веществ, используемых нами сегодня (и прежде всего нефти и газа), имеют очень длительный цикл восстановления, измеряемый миллионами лет. Человечеству нужно органическое топливо, которое бы очень быстро восстанавливалось. При этом население Земли производит сегодня немыслимое количество различных отходов, которые могут даже без каких-либо аварий, просто в результате скученности, в которой живут миллиарды людей, привести к экологической катастрофе. Поэтому получение каких-то микроорганизмов, которые могут исключительно быстро, а главное, безопасно уничтожать те или иные продукты жизнедеятельности человека, тоже представляет для нас огромную важность.

Однако существует гораздо более обширная сфера применения системы CRISPR/Cas9, которая сегодня составляет семьдесят—восемьдесят процентов рынка как по своей направленности, так и по финансовым вложениям. Это медицина.

Возможное биомедицинское применение быстрой и эффективной технологии геномного редактирования изменило отношение к части редких, но смертельных заболеваний. Люди и не предполагали, что от некоторых недугов в принципе можно избавиться.

Есть неизлечимые болезни, с летальным исходом, вызванные врожденной заменой всего лишь одной буквы генетического текста в определенном гене. К ним относятся бета-гемо-талассемия — очень тяжелое заболевание крови, мелкоклеточная анемия, муковисцидоз, мышечная дистрофия Дюшенна и т. д.

Теперь появилась возможность обратить внимание на редкие генетические заболевания и попытаться лечить те из них, которые до появления революционной системы CRISPR/Cas9 были неизлечимы. Это реальный переворот в медицине, однако права на использование системы принадлежат всего лишь нескольким компаниям. Основные финансовые рынки потребления биомедицинских продуктов находятся в США и объединенной Европе, поэтому, скорее всего, коммерческое использование CRISPR/Cas9 в странах третьего мира не будет преследоваться правообладателями из-за невысоких прибылей. Но для быстро развивающихся стран с практически неограниченным рынком потребления, таких как Китай, эти ограничения могут представлять реальную угрозу, что заставляет страны действовать на опережение.

Однако, как я уже сказал, помимо коммерческого применения CRISPR/Cas9, возможно и другое использование системы геномного редактирования — в научных целях. За него не надо платить правообладателям, но оно тоже открывает совершенно фантастические перспективы.

Заглянем в «кухню»

Чтобы понять, как работает система CRISPR/Cas9 и каким образом ее можно использовать в научных целях, давайте вспомним, что мы уже знаем о ней. Это система распознавания, в которой одноцепочечная направляющая РНК, попадая внутрь клеточного ядра, очень точно распознает короткий фрагмент ДНК (примерно полтора десятка букв генетического текста) по принципу комплементарности. Эта направляющая РНК ассоциирована с белковым комплексом, который называется Cas9 и обладает нуклеазной активностью (нуклеаза — это белок, который может вносить разрывы в цепи ДНК). Направляющая РНК подводит этот белок к совершенно определенной, уникальной последовательности длиной около полутора десятков нуклеотидов, и белок Cas9 вносит в этом месте двухцепочечный разрыв, разделяя таким образом ДНК на два фрагмента.

А если мы попытаемся изменить свойства комплекса? Ученые предложили еще один вариант: хорошо, пусть распознавание происходит с помощью распознающей РНК и комплекса Cas9, но мы внесем в этот белок-нуклеазу определенные мутации, которые полностью устранят нуклеазную активность. Значит, распознавание будет, а разрезания не будет! Зато получится очень точная система позиционирования — не хуже, чем современный смартфон, который, находясь в любой точке мира, определяет свое положение с точностью до двух-трех метров.

Зачем все это нужно? Давайте опять вспомним «наши» биотехнологические достижения и генно-инженерные конструкции. Мы уже синтезировали эту направляющую РНК и умеем делать так, чтобы к ней был прикреплен вот этот мутантный белок Cas9, лишенный нуклеазной активности. А теперь, лиха беда начало, прикрепим к белку Cas9 генно-инженерными методами (один лишний день работы!) известный белок, который либо подавляет работу генов, либо активирует.

Я уже писал, что в геноме есть гены, которые кодируют определенные белки — «кирпичики» для построения клеток, и регуляторная часть — участок, который контролирует работу гена. Но имеются также особые белковые молекулы, например транскрипционные факторы, которые могут активировать работу гена, связываясь с определенными последовательностями генетического текста. Есть и другой тип ДНК-взаимодействующих белков, которые могут совершать обратное действие — снижать уровень экспрессии (проявления работы) гена, репрессировать его. Такие молекулы получили общее название активаторные, или репрессорные, белки. И если мы к нашей сложной конструкции, состоящей из направляющей РНК и мутантного фермента Cas9 без нуклеазной активности, «пришьем» с помощью генной инженерии некий активатор транскрипции гена, то вся конструкция, проникнув в клетку,