Что будет уметь человек в будущем?
Остановить старение. Омолодиться. Продлить жизнь в пять раз. Победить рак, диабет, ВИЧ и другие болезни. Вернуть зрение, слух и память. Похудеть, нарастить мышцы, избавиться от герпеса. Прокачать интеллект и обрести сверхспособность. Перед вами не просто виш-лист всего человечества, а то, что уже произошло с модельными животными за последние пару лет. Если у них получилось, то в скором будущем получится и у нас!
Обыкновенные чудеса науки
Как вы наверняка слышали, последняя Нобелевская премия по химии ушла к генетикам. Ее разделили две женщины-ученые: француженка Эммануэль Шарпантье и американка Дженнифер Дудна, предложившие человечеству редактировать гены с помощью «молекулярных ножниц» CRISPR/Cas9. Появление этой революционной технологии породило гигантское количество научных исследований, в рамках которых ученые, используя генетический редактор CRISPR/Cas9, научились легко и просто вносить изменения в разные геномы модельных объектов: животных, бактерий, растений. Результаты этих и других опытов генетиков поражают воображение и выглядят многообещающими для людей. Кратко расскажем о десяти современных научных чудесах, на которые оказалась способна генная терапия.
Чудо №1: исцеление от паралича
15 января ученые Рурского университета в Германии отчитались в научной статье о том, что им удалось вернуть подвижность мышам с травмой спинного мозга. Принято считать, что нервные клетки не восстанавливаются, однако исследователи внедрили в нейроны головного мозга мышей ген синтеза особого белка гиперинтерлейкина-6 (hIL-6), который стимулирует рост аксонов — длинных отростков нервных клеток, и сигналы головного мозга вновь стали поступать к органам, включая конечности. Ученые надеются, что эта методика поможет в реабилитации парализованных людей.
Найдены подходы и к лечению других болезней, парализующих тело. Так, исследователи из Техасского университета научились лечить рассеянный склероз у мышей с помощью уменьшения концентрации рилина — этот белок в организме отвечает за естественное развитие мозга и формирование связей между нервными клетками по мере его роста. В 2019 году американские биологи разработали генную терапию для таких тяжелых и неизлечимых пациентов, как британский астрофизик Стивен Хокинг, который на протяжении полувека был прикован к инвалидному креслу и скончался от остановки дыхания в 2018 году. Ученые надеются, что их метод, показавший эффективность на мышах, сможет остановить развитие бокового амиотрофического склероза у людей и помочь при других нейродегенеративных болезнях.
Чудо №2: старость излечима
На днях вышли сразу два исследования о победе над старостью у мышей: от китайских и японских ученых. Такие опыты ставились и прежде: четыре года назад генетики научились омолаживать организм за счет стволовых клеток эмбрионов. С тех пор были разработаны новые стратегии, нацеленные на удаление старых клеток (сенолиз).
Японские специалисты из Института медицинских наук Токийского университета установили, что за выживание стареющих клеток человека отвечает глутаминаза 1 (GLS1). Ингибирование этого фермента привело к омоложению мышей. Они даже стали висеть на перекладине по 100 секунд, а не по 30, как в начале эксперимента. Улучшились все их жизненные показатели, нормализовался уровень сахара в крови, выросли сила и ловкость. Автор методики Макото Наканиси считает, что так можно предотвратить дисфункции и старение органов и даже ожирение.
Китайский метод омоложения заключается в инактивации гена kat7, который, как выяснили ученые из Пекина, является ключевым фактором клеточного старения. Команда биологов идентифицировала этот ген как главную мишень для воздействия после того, как методом CRISPR/Cas9 проверила тысячи генов, влияющих на клеточное старение. Среди 100 генов, связанных с этим процессом, они выбрали kat7 и инактивировали его в печени мышей с помощью лентивирусного вектора. «Через шесть-восемь месяцев мыши продемонстрировали общее улучшение внешнего вида и силы захвата, и, что наиболее важно, их продолжительность жизни увеличилась примерно на 25%», — сказала специалист по старению и регенеративной медицине из Института зоологии Китайской академии наук Цюй Цзин, отметив, что подобного никто в мире еще никто не делал.
Чудо №3: продление жизни
Можно ли продлить жизнь в пять раз? Ученые из Биологической лаборатории MDI в штате Мэн на днях заявили, что уже сделали это. Но пока, к сожалению, только на червях. Обычно черви-нематоды Caenorhabditis elegans живут две-три недели, но при определенных изменениях пары клеточных путей (инсулиновый сигнальный путь IIS и TOR или мишень рапамицина) они стали жить на 500% дольше. Если бы провернуть подобное удалось на людях, то мы стали бы жить по 400 лет. Ученые надеются перенести достигнутый результат на людей, увеличив жизнь хотя бы до 120–160 лет, но предстоит большая работа. «Чтобы разработать методы борьбы со старением, мы должны найти комбинацию генов, отвечающих за долголетие», — сказал автор исследования, доктор Джаред Роллинс.
Жизнь некоторых людей короче среднестатистической. Например, больные прогерией Хатчинсона — Гилфорда, тяжелой наследственной болезнью, редко доживают до совершеннолетия. При этом генетическом дефекте ребенок выглядит как старик и страдает от возрастных болезней: облысения, атеросклероза, артрита и др. В январе 2021 года стало известно, что ученые научились справляться с механизмом ускоренного старения при прогерии. Команде Дэвида Лю из Гарвардского университета удалось с помощью «молекулярных ножниц» CRISPR/Cas9 внести исправления в дефектные клетки и добиться нормальной продолжительности жизни, но пока лишь у мышей.
Чудо №4: победа над смертельными болезнями
Человеческому долголетию должны поспособствовать уже отработанные на модельных животных технологии. Генетики за последний год уже научились лечить у лабораторных животных многие заболевания, которые сокращают жизнь, в том числе болезнь Паркинсона, деменцию и даже рак. На днях петербургские ученые из НЦМУ «Персонализированная медицина» отчитались об успехах CAR-Т-клеточной терапии — одном из самых обнадеживающих подходов в лечении онкологии. Суть метода состоит в том, чтобы взять из крови человека Т-лимфоциты, размножить их до большого количества, а затем генетически модифицировать таким образом, чтобы они «научились узнавать» опухолевые клетки с помощью специальных белков на поверхности (CAR). Полученные CAR-T-клетки возвращают пациенту с помощью инфузии, и уже «обученные» клетки в его организме самостоятельно находят и уничтожают опухоль. Эксперименты на животных прошли крайне успешно: даже очень большие относительно тела новообразования полностью исчезали после однократного введения клеток CAR-Т.
Чудо №5: лечение наследственных болезней
Один из 100 детей рождается с мутациями, унаследованным от родителей и приводящим к тяжелым генетическим заболеваниям. Дистрофия Дюшенна, муковисцидоз, наследственная тугоухость и еще более 7000 синдромов могут быть вылечены с помощью генной терапии, стоит лишь исправить один ген. Порядка 3000 клинических исследований были проведены на модельных животных. И каждое новое исследование — это обещание исцеления для множества больных людей. Например, год назад ученые из Гарварда смогли защитить мышей от того вида глухоты, которая была у Людвига ван Бетховена, пять лет назад создали генную терапию, которая исправляет мутации в гене TMC1. А в 2020 году профессор Тель-Авивского университета Карен Аврахам и ее коллеги разработали метод для лечения редкой формы глухоты, связанной с геном SYNE4.
Недавно группа ученых из Мюнхенского центра исследований сердечно-сосудистой системы научились справляться с миодистрофией Дюшенна у свиней, а ранее успешные опыты прошли на мышах и собаках. Для некоторых болезней, считавшихся неизлечимыми, ученые придумали лечение в 2020 году. Например, в научно-технологическом университете «Сириус» была разработана первая российская технология генной терапии наследственной дистрофии сетчатки — амавроза Лебера, при котором люди слепы от рождения или с раннего детства. Теперь достаточно сделать инъекцию в сетчатку глаза со здоровым геном — и ребенок не потеряет зрение. Проект занял первое место в конкурсе форума «Открытые инновации» Patents Power 2020 и получил поддержку фонда «Сколково».
Чудо №6: возвращение зрения
Можно ли лишиться зрения, а затем прозреть? Молекулярные биологи из Кембриджского университета сотворили это чудо на крысах. В 2020 году они впервые восстановили зрительный нерв, который отвечает за поступление увиденного глазами в мозг. «С помощью генной терапии мы доставили белок протрудин в поврежденную часть нерва, — рассказала о технологии автор исследования Веселина Петрова, молекулярный биолог из Кембриджского университета. — В перспективе похожим образом можно будет защищать нейроны сетчатки от смерти, а также восстанавливать их. Для этого, впрочем, нужно провести еще множество экспериментов и понять, будет ли эта терапия работать внутри организма человека».
Месяц назад американские биологи отчитались еще об одном прорыве: они смогли вернуть остроту зрения пожилым и травмированным мышам, заставив поврежденные глаукомой нейроны сетчатки регенерировать. Была применена технологии частичного репрограммирования: в глаза грызунов ученые ввели вирусные векторы с генами факторов Яманаки, которые восстановили утраченную работоспособность нейронов. Клетки «помнят» о том, какой набор меток соответствует их молодости, и под действием генной терапии могут вернуться к «заводским настройкам». Одним из первых технологию омолаживания разработал нобелевский лауреат Синъя Яманака — еще в 2006 году он открыл 24 фактора, необходимых для превращения «взрослых» клеток обратно в стволовые. В его опытах удавалось продлить жизнь мышам на 50%.
Чудо №7: похудеть и нарастить мышцы
Основная проблема цивилизованных стран — ожирение — может быть побеждена уже в ближайшем будущем. Полгода назад команда молекулярных биологов из США и Южной Кореи сообщили об успешной проверке на мышах их методики, с помощью которой можно будет бороться с самыми экстремальными формами ожирения и лечить последствия остеоартрита. Генная терапия позволила тучным мышам похудеть без диеты и физкультуры, а также увеличить силу мышц и защититься от развития воспалений. Повышая активность гена FST, который отвечает за выработку фоллистатина, ученые добились также снижения концентрации глюкозы и инсулина в крови грызунов и уменьшения доли многих гормонов и белков, которые связаны с развитием ожирения и системных воспалений. Естественно, что людям эта технология тоже очень пригодится. В эпоху ЗОЖ было бы приятно иметь технологию превращения в бодибилдера и фитнес-леди без усилий.
Чудо №8: люди с исправленными генами
Вообще, бум генной медицины мир уже однажды переживал — после чудесного исцеления пятилетней девочки Ашанти де Силва из США в 1990 году. Она стала первым в истории человеком, излеченным генной терапией. Доктор У. Френч Андерсон вылечил ее от синдрома тяжелого комбинированного иммунодефицита (ТКИД). Таких детей с мутацией в гене ADA обычно помещают в «пузырь», так как любая инфекция для них смертельна. Экспериментальное лечение состояло в том, что у девочки взяли немного крови, отфильтровали клетки и смешали их с генетически измененным ретровирусом, несущим ген ADA. Клетки размножали в течение десяти дней, а затем снова ввели их Ашанти — в итоге она смогла жить обычной жизнью. После этого ученые сделали множество открытий в генной терапии, но все закончилось после череды трагедий. В 1999 году скончался 18-летний доброволец Джесс Гелсингер: у него случился слишком сильный иммунный ответ после введенного лечебного препарата на основе аденовирусного вектора. А в 2002 году у двух детей во Франции, лечившихся от иммунодефицита методом генной терапии, развилось состояние, похожее на лейкемию. На этом бум генной инженерии закончился.
Но, к счастью, случился второй бум. На сегодняшний день существует более 30 препаратов на основе клеток и тканей человека, которые благополучно прошли клинические исследования и получили разрешения на продажу регуляторными органами США, Европейского союза, Японии, Южной Кореи. В их числе средства от гемофилии, спинальной мышечной атрофии СМА (самое дорогое лекарство в мире «Золгенсма» стоит 150 млн рублей и исправляет поврежденный ген SMN1), амавроза Лебера (стоимость лечения составляет $425 000 за один глаз), онкологических болезней. Большинство препаратов для клеточной терапии предназначены для лечения тяжелых орфанных заболеваний и жизнеугрожающих состояний, с которыми не может справиться традиционная медицина.
Чудо №9: редактирование до рождения
Человечество, конечно же, не теряет надежды вылечиться от всех болезней и в разы продлить свою жизнь вслед за лабораторными грызунами. На сегодняшний день готовы и опробованы на животных технологии для редактирования генома человека на стадии самой первой клетки (зиготы), благодаря которым задолго до рождения можно исправить наследственную глухоту, карликовость и ВИЧ (у детей, рожденных от ВИЧ-инфицированных матерей с множественной лекарственной резистентностью). Применение этих технологий ограничивают этические и государственные запреты. Лишь пара генно-отредактированых младенцев успели появиться на свет в 2018 году: это китайские девочки-близнецы Лулу и Нана, которых китайский исследователь Хэ Цзянькуй тайно «очистил» от ВИЧ. За свои нелегальные исследования ученый был приговорен к трем годам лишения свободы и штрафу в 3 млн юаней в декабре 2019 года.
Чудо №10: суперспособность
Не исключено, что, благодаря генной инженерии, человек мог бы обзавестись в будущем какой-нибудь суперспособностью, например суперзрением. В одном из экспериментов этого удалось добиться: китайские ученые научили мышей видеть инфракрасный свет, сохраняя при этом и обычное зрение. Благодаря инъекции звери получили своего рода «очки ночного видения», но без малейшего дискомфорта. Это стало возможным после введения наночастиц в глазные яблоки грызунов, связывающиеся с сетчаткой.
А какую суперспособность хотели бы получить вы? Возможности генетики сегодня так велики, что самое время требовать невозможного!
Итоги 2020 года глазами научного редактора
«Молекулярные ножницы» для живой природы
Дети с исправленными генами
