Україна – одна із найпопулярніших країн у світі по екозаплідненню й одна із небагатьох держав, де не забороняють редагувати генетичний код. Нерідко ці дві процедури робляться в одній зв’язці. Одні вчені вважають, що редагувати ДНК – це благо, інші непокояться, що технологію можуть використовувати диктатори для створення «суперлюдини». Заборона розповідає, що таке CRISPR-cas9 і чому пора розпочинати публічну розмову щодо етики його застосування.
Як влаштована ДНК
У ядрі наших клітин є молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). ДНК – це база даних, де зберігається наша генетична інформація. Це щось на кшталт інструкції будівництва нашого тіла в найдрібніших деталях. Ланцюжок ДНК складається із ланок – нуклеотидів. Ген – це частина ДНК із певною послідовністю нуклеотидів. Сукупність генів людини – це геном, що складається з 46 хромосом. Якщо уявити, що геном – це дуже довгий текст, а нуклеотиди – букви, то ген – невелика частина тексту, завершене висловлювання.
Наприклад, ген, що кодує виробництво інсуліну, складається із 60 пар нуклеотидів. Щоби взяти інформацію з «бази даних», спеціальний фермент створює в ядрі клітини рибонуклеїнову кислоту (РНК), у якій копіюються необхідні генетичні «інструкції» з ДНК. Потім РНК покидає ядро, і починається синтез необхідних білків. Так, у спрощеній версії, відбувається ключовий механізм нашого життя.
Окрім генів у ДНК є й так звані «некодуючі послідовності», які не містять жодних інструкцій, у них не закладено ніякої інформації. Деякі з них виконують різноманітні процедурні й технічні функції, але роль більшості таких «висловлювань» залишається невідомою.
Що таке СRISPR
У 1987 році японські вчені досліджували ДНК Escherichia coli – звичайної кишкової палички, яка спричиняє гостру інфекцію. Вони зі здивуванням виявили там «некодуючу послідовність», яка є лише в людини. А в бактерій зазвичай більш простий та «лаконічний» ланцюжок ДНК. Виявлені послідовності виглядали дивно – відрізки, що повторювалися, були розділені різноманітними ділянками. Ці ділянки назвали спейсерами.
Іспанський вчений Франсіско Мохіка описав ці послідовності так: «Короткі паліндромні повтори, регулярно розташовані групами». Вийшла назва CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). У 2002 році з’ясувалося, що ці «повтори» супроводжують специфічні Cas-білки. Однак довго ніхто не міг зрозуміти, що це означає.
Прорив відбувся у 2005 році, коли кілька лабораторій вирішили звірити загадкові CRISPR з уже відомими послідовностями ДНК. Виявилося, що вони збігаються з ДНК деяких бактеріофагів – вірусів, що заражають бактерії, – і що CRISPR – це імунна система бактерій із чіткою системою командної роботи. Спейсери в послідовності CRISPR – це фрагменти ДНК знайомих клітині вірусів, щось на кшталт папки з даними. Коли відбувається вторгнення вірусу, утворюється гід – молекула РНК, що несе в собі інформацію про віруси, і разом із Cas-білками виконує функцію їх пошуку та знищення. Cas-білок акуратно «вирізає» послідовність ДНК вірусу, у такий спосіб убиваючи двох зайців – знищує вірус і заодно збирає нові спейсери, якщо є необхідність. Ця битва зі злом може бути нескінченною, адже віруси мутують, CRISPR РНК із білками перестають їх розпізнавати. Окрім того, з ДНК згодом стираються спейсери з даними про віруси, які давно не атакували клітину.
Білок Cas9
Системи CRISPR бувають різними. У деяких за етапи «спецоперації» відповідальні окремі Cas-білки, які утворюють складну систему. А є, наприклад, білок Cas9: у цьому випадку всю роботу бере на себе один могутній білок. Саме він став об’єктом досліджень, які до 2012 року довели, що імунний механізм бактерій може редагувати геном людини.
Редагування відбувається так: у лабораторних умовах створюється CRISPR РНК із необхідним спейсером. З цією РНК зв’язується білок Cas9, він вирізає необхідний (або «проблемний») фрагмент ДНК. А замість фрагмента ДНК вірусу можна закодувати будь-який інший, наприклад, дефектну частину геному, яка спричиняє генетичне захворювання. Далі є кілька способів підказати організму, як «зшити» ланцюжок ДНК вже без дефекту. Наша ДНК так влаштована: якщо їй чогось бракує, вона копіює це із сусідньої клітини, а у сусідню можна «підкласти» те, що необхідно.
Це відкриття дозволило зрозуміти, що з допомогою редагування геному можна «вирізати» безліч генетичних захворювань. Наприклад, у травні 2020 року американська компанія Editas Medicine відзвітувала, що застосувала CRISPR/Cas9, щоби вилікувати одну із форм вродженої сліпоти. Якщо раніше вчені брали клітини людини й «різали» їх з допомогою білків у пробірці, а тоді повертали змінені клітини в тіло, то у випадку зі сліпотою розчин ввели пацієнту просто в око.
Однак людина ще не дослідила всю природу генів. Ми не знаємо, за що відповідають більшість генів, а навіть якщо і знаємо, то не завжди розуміємо їх значення. Деякі захворювання моногенні, тобто їх спричиняє зміна лише одного гену. Але генетична природа деяких хвороб, наприклад, шизофренії, наразі неясна, вони можуть виникати внаслідок складної комбінації генів. Припустимо, один ген, розташований у верхніх шарах епідермісу, відповідає за те, що шкіра цієї людини надмірно чутлива до сонця. Водночас ми не знаємо, за що цей же ген відповідає, наприклад, у кістковій тканині. Спроба позбавити людину від хвороби шкіри може зробити так, що вона не зможе ходити.
Окрім того, існує ймовірність, що Cas9 може вирізати не лише те, що потрібно, але і якісь схожі «послідовності». Не до кінця вирішена і проблема небажаних мутацій, які можуть виникнути під час «зшивання» ланцюжка ДНК.
«Дизайнерські» діти
Зміни в гени найпростіше носити в запліднену яйцеклітину, коли майбутня людина складається всього з однієї клітини. Перший такий експеримент був проведений у 2015 році в Китаї: з допомогою CRISPR/Cas9 намагалися вилікувати яйцеклітину від генетичної помилки, що спричиняла хворобу бета-таласемію. Повноцінну людину робити не наважились, експеримент завершили на певному етапі розвитку та поділу клітин. Пройшов він не надто вдало: по-перше, з’ясувалось, що тільки 5-10% клітин не містили дефектного гена, а по-друге, система вносила в геном багато незапланованих змін. Потрібно було підвищувати точність.
Зараз вчені із різних країн стверджують, що їм вдається збільшити точність дії CRISPR та уникнути небажаних мутацій. Тим більше, окрім Cas9 існують ще й інші бактеріальні білки, які можуть «різати» ДНК. Відомо, що існують клініки (у більшості країн вони функціонують підпільно або напівлегально), які редагують ДНК в ембріонів, щоби, наприклад, отримати дітей із певним кольором очей та волосся.
Ембріони почали редагувати зовсім недавно. Найбільш відома історія відбулася у Китаї. У 2018 році відомий генетик зі світовим ім’ям Хе Цзянькуй заявив, що в результаті його експериментів з CRISPR на світ з’явилися двійнята з імунітетом до ВІЛ. Однак з’ясувалося, що, по-перше, ніхто не давав йому дозволу проводити такі досліди, керівництво університету в Шеньчжені про них нічого не знало. По-друге, піддослідним жінкам Хе показував фальшиві документи. А по-третє, жодних точних даних про те, що експеримент вдалий, немає. У грудні 2019 року внаслідок розслідування Хе Цзянькуя посадили до в’язниці.
Мрії про суперлюдину можуть стати реальністю
Значно менше відомо про процедури редагування ембріону, які проводяться в Україні. Наприклад, влітку 2018 року клініка «Надiя» розповіла американському радіо NPR про те, що вченим вдалося створити дитину за допомогою ДНК від трьох різних батьків для безплідної матері. А з документального фільму «Unnatural Selection», присвяченого редагуванню ДНК (вийшов на Netflix у 2019 році), стало відомо, що це робили з допомогою CRISPR. Також журналісти розповіли про те, що в клініці працюють китайські вчені, яких переслідує влада КНР за їхню участь у схожих експериментах. В інтерв’ю директор клініки Валерій Зукін сказав: «Якщо ви можете допомогти сім’ям створити дітей, тоді чому це має бути заборонено?»
На Заході таке питання супроводжується гучними дискусіями, але на пострадянському просторі ця тема в публічному полі майже не обговорюється.
«Якщо ми будемо втручатися [в ДНК людини] тільки для того, щоби відвернути захворювання, які передаються спадково, як гемофілія, – тоді це благе діло, – вважає старша наукова співробітниця Інституту молекулярної біології і генетики Національної академії наук України Оксана Півень. – А якщо ми просто хочемо вносити варіанти генів, які будуть робити людину сильнішою і програмувати її, щоби отримати хорошого космонавта чи ще щось, то наскільки це етично й обмежує рівність усіх людей?..»
Тим часом, політики у країнах з авторитарними режимами все частіше говорять про застосування CRISPR у військових цілях.
«Людина може створювати людину із заданими характеристиками. Це може бути геніальний математик, може бути музикант, але може бути і військовий – людина, яка може воювати без страху і почуття жалю та співчуття, і без болю», – сказав російський президент Володимир Путін під час «Всесвітнього фестивалю молоді і студентів» у жовтні 2017 року. Тоді ж він висловився, що редагування геному – це зброя, яка «страшніша від атомної бомби».
А під час урядової наради щодо питань розвитку генетичних технологій у Росії стало відомо, що росіяни вже розробили білок CRISPR Cas13a, – він ще дешевший і точніший, аніж Cas9.
Наразі не існує якогось міжнародного документа, наприклад, конвенції, яка могла б сформулювати принципи етики використання генного редагування й регулювати цей процес. Білок Cas9 дуже простий, каже вчена-генетикиня Оксана Півень, і на купівлю реагентів, які необхідні для проведення процедури редагування гена в лабораторних умовах, немає спеціальних дозволів. У більшості країн ця процедура заборонена на законодавчому рівні, але Україна та Албанія – це дві країни у Європі, де прямої заборони немає.
Послухайте наш подкаст про CRISPR: ведучий Роман Степанович разом із вченими обговорює, як ця технологія може змінити наше життя і чому про її етичність так багато суперечок.
Матеріал створено за підтримки Медіамережі.
