У середині грудня ми попросили наших читачів вибрати найважливішу, на їхню думку, наукову подію року. За підсумками голосування в соціальній мережі «ВКонтакте» з великою перевагою (900 голосів з 2500) вперед вийшла новина про експеримент з редагування генів живої людини, яка страждає синдромом Хантера. На третьому місці також опинилася генетична новина - про синтетичний геном бактерії. Редакція пропонує вам згадати ці та інші досягнення біологів і генетиків минулого року.
З точки зору розвитку медичних технологій, рік, що минає, можна назвати «роком редагування геному». Хоча розробка засобів, які допомогли б людям виправити спадкові захворювання або змінити геном окремих клітин для боротьби зі злоякісними змінами в організмі, ведеться з 90-х років XX століття, саме в 2017 році ми почули про пацієнтів, яких дійсно вилікували за допомогою інструментів редагування ДНК. Ну а технологія, заснована на модифікації геному власних лейкоцитів пацієнтів, під назвою CAR-T, нарешті була офіційно схвалена для лікування деяких видів раку і вже врятувала безліч хворих, які вважалися безнадійними. Крім того, цей рік став переломним для редагування геномів ембріонів людини - подібні експерименти вперше були проведені в США і Великобританії, де раніше вони перебували під забороною з етичних міркувань.
Мабуть, найвидатнішою медичною новиною року стала перша спроба «полагодити» ДНК дорослу людину, яка страждає важким генетичним захворюванням, прямо в її тілі. Пацієнту з синдромом Хантера - рідкісним захворюванням, пов'язаним з X-хромосомою, ввели в кров безпечні вірусні частинки, що містять робочу копію ферменту ідуронат-2-сульфатази, який повинен був вбудуватися в ДНК клітин печінки і замінити собою зламаний ген. Крім копії гена, частинки містили спеціальну нуклеазу з «цинковими пальцями» - білок, який дізнається задану послідовність в ДНК і розрізає її для того, щоб туди зміг вставитися потрібний ген. Поки про успіхи в лікуванні першого пацієнта на ім'я Брайан Мадо судити рано, але ми сподіваємося наступного року почути про те, що генотерапія йому допомогла.
Технології редагування геному за допомогою нуклеаз з «цинковими пальцями» розробляються компанією Sangamo Therapeutics. Порівняно з більш відомою і «модною» технологією CRISPR/Cas9, «цинкові пальці» забезпечують точне розрізання ДНК тільки в потрібному місці, тому вважаються досить безпечними для того, щоб застосовувати їх прямо на живій людині.
Другим відомим пацієнтом цього року став «хлопчик-метелик», якому вчені виростили нову шкіру на основі його власних, але генно-модифікованих клітин. Дитина, яка страждає спадковим захворюванням під назвою буллезний епідермоліз, до моменту початку лікування втратила майже весь епідерміс, харчувалася через трубку і їй постійно потрібен морфін. Причиною захворювання хлопчика стала поломка в гені, через що в шкірі перестав синтезуватися один з білків, що зв'язують шари шкіри один з одним, і верхній шар шкіри почав відокремлюватися від нижніх шарів.
У дитини, на лікування якої вже практично не було шансів, взяли біопсію епідермісу і вставили в ДНК його клітин за допомогою спеціального вірусу робочу копію гена. Після цього модифіковані клітини вирощували в культурі у вигляді шарів і прямо в такому вигляді «викладали» на нижні шари шкіри хлопчика. Трансплантація проводилася в три етапи, а всього лікування зайняло вісім місяців. Нова шкіра прижилася без будь-яких проблем. Через два роки після терапії вчені спільно з лікарями, які здійснювали лікування, опублікували фінальну статтю, в якій повідомили, що хлопчик почувається добре, ходить до школи і навіть грає у футбол.
Рік приніс і хороші новини для хворих на рак. Два препарати на основі технології CAR-T були схвалені в США для лікування хворих кількома різновидами раку крові, яким не допомогла ніяка інша терапія, в тому числі пересадка кісткового мозку. Ця технологія заснована на генній модифікації власних Т-лімфоцитів, тобто клітин імунітету пацієнта. У хворого відбирають лімфоцити і вбудовують в їх ДНК ген хімерного антигенного рецептора - білка, який дізнається певний маркер на поверхні злоякісних клітин. Після цього клітини повертають в організм пацієнта. Таким чином відбувається ефективне «налаштування» власного імунітету людини проти клітин пухлини, і після єдиної маніпуляції з хворобою він справляється сам.
Цього ж року Управління з контролю за продуктами харчування та лікарськими засобами США нарешті схвалило застосування препаратів Kumriah і Yescarta для лікування раку крові, а терапія Kumriah стала першою дозволеною генотерапією в США. Перший препарат спрямований на лікування гострої лімфобластної лейкемії пацієнтів до 25 років, а другий - для лікування ряду лімфом у дорослих пацієнтів. Незважаючи на високу вартість терапії, вона допомогла пацієнтам, які вважалися безнадійними, досягти стійкої ремісії, тобто після певного часу захворювання не поверталося.
Кілька наукових публікацій у 2017 році повідомили читачам про те, що редагування геному ембріонів людини скоро стане буденним явищем у лабораторіях. Редагування за допомогою системи CRISPR/Cas9 вперше застосували до людських ембріонів китайські вчені в 2015 році, проте про перший дійсно успішний експеримент повідомив цього року Шухрат Міталіпов з університету Орегона в США. Дослідницькій групі під його керівництвом вдалося відредагувати патогенну мутацію в гені за допомогою технології CRISPR/Cas9 і при цьому уникнути побічних ефектів. Мутація в цьому гені призводить до розвитку патології серця.
Трохи пізніше вчені з Великобританії відредагували ембріони «в чисто наукових цілях», вимкнувши у них фактор OCT4, щоб вивчити його функції на початкових стадіях розвитку. Нарешті, китайські дослідники повідомили про те, що їм вдалося успішно виправити мутацію в гені бета-глобина людських ембріонів, що призводить до розвитку анемії. Як інструмент для редагування генома вчені застосували «редактор підстав», розроблений на основі системи CRISPR/Cas9. Такий білок не розрізає ДНК, а тільки вносить однонуклеотидну заміну в її послідовність, а значить, теоретично повинен бути більш передбачуваним і безпечним.
Під «ембріонами» в подібних роботах передбачають стадії розвитку від зіготи, тобто клітини, яка утворилася в результаті запліднення яйцеклітини сперматозоїдом, до стадії бластоцисти. Після експерименту матеріал знищують, і людей з таких ембріонів, звичайно ж, не вирощують, так що визначити реальну частку успішних експериментів важко. Однак даний підхід в останні кілька років був успішно випробуваний на лабораторних тваринах, наприклад, за допомогою технології редагування зигот з CRISPR/Cas9 отримують трансгенних мишей, які служать моделями різних захворювань.
Наостанок згадаємо про роботу, яка не має відношення до медицини і до людини, але зате зачіпає фундаментальні принципи устрою всього живого. ДНК всіх живих організмів на Землі містить всього чотири будівельні блоки, які формують дві пари підстав - A-T і G-C. За допомогою цього обмеженого «алфавіту» кодуються 20 амінокислот, які використовуються для побудови всіх білків. Кожній амінокислоті відповідає позиція з таблиці генетичного коду, що включає три підстави, а всього таблиця містить 64 позиції.
Вченим з групи Флойда Ромесберга з Дослідницького інституту Скриппса в Каліфорнії вдалося вбудувати третю пару підстав X-Y в ДНК бактерій і, таким чином, створити перший напівсинтетичний живий організм. Молекула ДНК, що містить неканонічну пару підстав, успішно копіювалася і підтримувалася в клітці протягом безлічі поколінь. У новій роботі вчені змогли за допомогою штучної третьої пари підстав у ДНК закодувати нову «екзотичну» амінокислоту, яка зазвичай в організмах не зустрічається, і тим самим розширити генетичний код. Шляхом введення в геном кишкової палички додаткових генів, кодуючих компоненти апарату трансляції, бактерій «навчили» розшифровувати штучні кодони AXC і GXC і відповідно до них підставляти в білок амінокислоту пірролізин.