Космос для не космонавтов - Денис Игоревич Юшин

Персонализация медицины

Мы никуда не денемся от этого направления, если хотим осваивать космическое пространство, хотя и на Земле это нужно ничуть не меньше. Судите сами: вывести лекарство для генной терапии на рынок дорого. Очень дорого. К тому же от разработки до утверждения препарата проходит несколько лет.

Помимо прочего, одобрение препарата регулирующими органами может ничего не значить, так как затраты на его разработку могут быть настолько высокими, а количество пациентов настолько незначительным, что для фармацевтических компаний в конечном счёте не будет никакого коммерческого смысла производить и продавать его.

Тут на помощь может прийти синтетическая биология – научное направление, объединяющее в себе молекулярную биологию, генную инженерию, физику и химию, в рамках которого специалисты занимаются созданием простых и удобных биологических систем для перепрограммирования живых организмов с целью решения необходимых задач в различных областях и для различных целей.

Развитие методов синтетической биологии уже привело к тому, что постепенно научились манипулировать не только реальными генами, но и искусственно конструировать любую генетическую последовательность для применения её в необходимых для нас целях.

Но, что самое главное, синтетическая биология позволила из нуклеотидов, составляющих ДНК (аденин, цитозин, тимин, гуанин: A, C, T и G), создать (пока на лабораторном уровне) «модули», определённые последовательности, которые способны «включить или выключить» определённые гены или репортёрный ген (который присоединяется к регуляторным последовательностям других генов для исследования их проявлений в культурах клеток).

Иначе говоря, в ближайшие годы у нас появятся не просто последовательности нуклеотидов, а конкретные модули, обладающие определёнными функциями, которые мы можем с лёгкостью использовать для конструирования биологических схем.

А теперь представьте, что мы в итоге придём к тому, что для изменения генома путём встраивания необходимых модулей в ДНК сконструируем агента-доставщика, похожего на вирус в части доставки этих модулей, но не имеющего никакой возможности причинить вред организму, запихнув это всё в удобный девайс, который будет заменять чуть ли не целую фармацевтическую компанию.

Согласен, на первый взгляд, всё это может показаться чем-то из мира фантастики, но персонализированная медицина как технологическое направление существует уже сегодня, так что всё вышеописанное – лишь вопрос времени.

Именно в ходе исследования по изучению активности этого белка Cas9 ученые поняли, что могут использовать его активность в генно-инженерной технологии.

Этические проблемы

Итак, мы рассмотрели генетическую инженерию с точки зрения борьбы с серьёзными генетическими заболеваниями, существенного улучшения качества жизни людей по всему миру и открывающихся возможностей по освоению космического пространства, но будет неправильно не упомянуть о возможных проблемах, которые просматриваются уже сегодня.

Изменения, внесённые в генетический код, будут передаваться потомкам. Что важно, передаваться они будут с ошибками, как это всегда происходит, а какими будут ошибки в искусственно изменённых генах, предсказать довольно сложно. Таким образом, освоив эту технологию, мы можем попасть в ловушку, в которой рожать детей без искусственной корректировки ДНК станет невозможно.

Нет гарантий, что мы не упустим из виду какие-либо изменения, которые закрепятся в популяции. Нельзя сказать однозначно, хорошо это или плохо, просто надо понимать, что такое развитие событий вполне возможно. Частенько, правда, встречается мнение о том, что «на уровне ДНК от шимпанзе мы отличаемся буквально на два процента, поэтому “игра в Бога” может привести к появлению непонятного существа с неизвестными характеристиками».

Историю про схожесть человека на 98 % с шимпанзе по большей части придумали журналисты, вырвав, как это водится, слова из контекста. К сожалению, так как аналогия красивая, её затем подхватили некоторые популяризаторы науки вроде Нила Деграсса Тайсона, чтобы донести идеи единства всех живых существ до слушателей. Так этот мем и закрепился.

В буквальном смысле это звучит так, будто мы можем взять по клетке от человека и шимпанзе, вытянуть из них хромосомы и при прочтении кода увидеть отклонение только в 2 %. На самом же деле при сравнении таким образом результат принципиально иной. За период от 6 до 8 млн лет с тех пор, как наши с шимпанзе генетические ветки отделились от общего предка, случайные мутации и естественный отбор коренным образом изменили наши геномы. Например, две человеческие хромосомы слились в одну, оставив нам 23 пары вместо сохранившихся 24 пар шимпанзе. Некоторые большие мутации меняли огромные куски текста, к примеру, дублируя часть человеческого генома, стирая часть кода шимпанзе, в то время как крошечные мутации просто заменяли одни «буквы» на другие. Когда генетики начали сравнивать геномы человека и шимпанзе, эти различия было очень легко подсчитать, но сравнить изначально не совпадающие большие фрагменты кода намного сложнее. Вот пример: если часть генома длиною в тысячу символов встречается у человека дважды, а у шимпанзе лишь один раз – это одно различие или тысяча? А если одинаковые участки присутствуют в обоих геномах, но в принципиально разных местах, в перевёрнутом виде или разбиты на три части? Когда зародился мем про 97 %, ещё даже не существовало биоинформатики, а сегодня – это молодая наука, которая лишь набирает обороты. Как итог, в данном примере исследователи «исключили» большие несовпадающие фрагменты для их отдельного изучения. Эти фрагменты состоят в общей сложности из 1,3 млрд «букв» кода. В оставшихся сравниваемых геномах сохранилось 2,4 млрд букв, то есть две трети от всего генома, которые и остались идентичными на 98,77 %. В общей сложности за кадром осталось 18 % генома шимпанзе и 25 % человеческого. Я это всё к тому, что не получится просто взять и изменить 2 % генома так, чтобы из человека получилось какое-то неведомое существо.

Чтобы технология могла, как говорится, «пойти в народ», выгоды от её использования должны значительно превосходить риски, а при применении CRISPR/Cas9 на клетках человека сегодня возникает высокая частота нежелательных эффектов.

Проблема заключается в том, что большие геномы могут содержать несколько последовательностей ДНК, идентичных или очень схожих с предполагаемой последовательностью мишени, но выполняющих совершенно иные функции. Из-за этого CRISPR/Cas9, модифицируя эти последовательности, может вызывать мутации, приводящие к гибели или негативной трансформации клеток.

Как итог, мы имеем далеко не нулевую вероятность того, что в процессе постоянного редактирования генома мы либо что-то упустим, либо наша технология не сможет уловить изменения, которые были сделаны не нами, а в рамках постоянно идущего эволюционного процесса, которые распространятся и закрепятся в популяции. К примеру, устойчивость к новым видам антибиотиков, что по своей сути