Человек редактированный, или Биомедицина будущего

Наследственность из пробирки

С самого начала книги, подготавливая читателя, мы рассказывали о манипуляциях с геномом человека, которые чаще всего проводились in vitro. Такой подход давно уже никого не удивляет; сегодня существуют и применяются многие продукты, сделанные в лабораторных условиях на основе ДНК человека, то есть его генов. Мы можем производить лекарственные белки — инсулин, интерлейкины, интерфероны. Сегодня широко распространены антитела, с помощью которых лечат онкологические, аутоиммунные, даже вирусные заболевания. И все это делается благодаря генам человека, с которыми ученые работают вне его тела, — в пробирке или в других организмах.

Следующим этапом в развитии биомедицины стала работа с генами человека непосредственно в клетках, находящихся внутри организма. Появилось такое медицинское направление, как генная терапия, позволяющая (если человек родился с каким-то генетическим заболеванием) вводить в соматические клетки нормальную, функционирующую копию поврежденного гена и тем самым восстанавливать его утраченную функцию. Мы рассматривали эту возможность на примере заболеваний сетчатки глаза и болезней, связанных с иммунной системой.

Особенность нынешнего этапа развития геномного редактирования, которому посвящена эта глава, состоит в том, что описанные в ней модификации производятся уже не с соматическими клетками, а с клетками зародышевого пути — по сути, бессмертными! Сейчас объясню, почему это так.

Когда появляется новый организм, то на самых ранних этапах его эмбрионального развития большинство клеток начинает формировать наше тело — сому. Однако небольшая часть клеток отделяется, и из них закладываются клетки зародышевого пути. У мужских особей эти клетки продуцируют сперматозоиды, у женских — яйцеклетки. Но их главное отличие от соматических состоит в том, что заключенная в них генетическая информация обо всем организме, несмотря на предстоящую неизбежную гибель нашего, увы, смертного тела, бессмертна, потому что она наследуется, то есть передается нашему потомству. И сами клетки зародышевого пути — гаметы — в определенном смысле оказываются бессмертными.

Целью генетической модификации, на которую впервые в мире решился китайский ученый Хэ Цзянькуй, было проведение геномного редактирования — именно в гаметах, чтобы потом эти изменения естественным образом наследовались в ряду поколений человека.

В предыдущей главе мы тоже обращались к наследованию, но там все-таки речь шла об обезьянках. А Хэ Цзянькуй сделал свой большой шаг в технологии геномного редактирования, чтобы изменить наследуемую генетическую информацию человека.

Научные открытия или заблуждения?

Считается, что наука — это поиск истины. Тем не менее научные события часто развиваются по детективному сценарию, и многое происходит под покровом тайны. И дело не только в трудностях исследований, но и в природе самого человека, занятого научным поиском. Ученые хотят быть первыми и во многих случаях не спешат раскрывать подробности своей работы.

Поэтому время от времени возникают проблемы и даже скандалы с исследованиями ученых. В частности, одним из наиболее известных стал так называемый хвангейт — скандал, связанный с терапевтическим клонированием человека. Случился он в 2005—2006 годах, когда южнокорейский ученый Хван У Сок, который заявлял, что клонировал человека, был обвинен в фальсификации результатов, и это подтвердилось.

Другой известный скандал в области клеточных генетических технологий, произошедший в 2014 году, связан с именем японской исследовательницы Харуко Обоката. Она опубликовала в авторитетных научных журналах статьи о том, что разработала удивительно простые методы репрограммирования соматических клеток человека. Однако через полгода ей пришлось отозвать статьи, опубликованные в журнале Nature, потому что данные оказались подделанными. Скандал завершился трагедией: известный японский ученый Йошики Сасаи, директор Центра биологии развития RIKEN и соавтор статей Харуко Обоката, после признания их фальсификацией покончил жизнь самоубийством.

Зачем эти люди фальсифицировали результаты? Вопрос сложный. Даже Шухрат Миталипов, официально признанный первым человеком в мире, кто совершил терапевтическое клонирование человека, допустил промах. В его статье, опубликованной в высокорейтинговом международном журнале Cell, были обнаружены материалы, которые оказались ошибочными. И он тогда признал свою неправоту. Из его объяснений следовало, что фотографический материал, который приводился в этой статье в качестве доказательств, к сожалению, попал туда случайно, по ошибке — вместо другого, правильного. Теперь уже ученый предоставил журналу «правильные» фотографии и с надлежащими извинениями уверил научную общественность, что, несмотря на допущенную ошибку в публикации промежуточных результатов, конечный результат, тем не менее, остается верным.

Здесь надо пояснить, что эффективность клонирования очень невысока, особенно для крупных животных. Шухрат Миталипов в 2007 году, проводя клонирование обезьянок, использовал порядка полутора сотен яйцеклеток, чтобы получить две-три клонированные линии клеток. То есть для получения одной клонированной линии требуется не менее сотни яйцеклеток. Но у женщин в норме выходит ежемесячно одна яйцеклетка. И лишь при искусственной овуляции, производимой по технологии экстракорпорального оплодотворения, может выйти около десятка яйцеклеток. Но это достигается только путем применения гормона по медицинским показаниям и под наблюдением врача, потому что действие этого гормона не так уж безобидно, может иметь побочные последствия и должно быть обосновано.

Как ни странно, в результате разоблачения Хван У Сок почти не пострадал. Он был уволен из Сеульского национального университета и основал крупнейшую фирму по клонированию животных, в частности собак. Именно он со своей группой в 2005 году впервые в мире клонировал собаку, а позже — корову, свинью и кошку. Его фирма работает также над межвидовым клонированием (в 2011 году они клонировали койота на основе собаки) и клонированием исчезающих видов животных, например красного волка. А в 2012 году Хван У Сок заключил соглашение с Северо-Восточным федеральным университетом Республики Саха (Якутия) о намерении клонировать сибирского мамонта — это его давняя мечта. Теоретически такое клонирование возможно, хотя имеющиеся сегодня технологии не позволяют этого сделать. Поэтому пока вместо мамонта корейский ученый привез в Якутию трех клонированных полицейских собак. Так что главная работа еще впереди!

Полна подделок история разработки современных средств из области регенеративной медицины. Так, в конце 2018 года было окончательно завершено расследование двух очень интересных дел о фальсификации, заведенных на известных ученых.

Итальянский ученый Паоло Маккиарини, талантливейший торакальный (от слова торакс — грудная клетка) хирург, прославился среди прочего тем, что получил мегагрант Правительства РФ. О том, как трудно было Паоло Маккиарини получить этот мегагрант, предназначенный для поддержки важнейших научных исследований в России, рассказано в книжке Елены Кокуриной «Мегагрант». Целью работы, которая выполнялась в Краснодаре, была пересадка человеку искусственной трахеи.

Маккиарини приезжал в Россию несколько раз еще до получения мегагранта и сумел заинтересовать своей работой научные круги нашей страны. В то время он занимал одну из лидирующих позиций в Каролинском институте в Швеции, публиковал свои статьи в международном высокорейтинговом медицинском журнале The Lancet и в ряде других изданий. В этих статьях говорилось о том, что автор выращивает вне организма трахею, а потом пересаживает эту искусственно выращенную трахею пациентам, которые в этом нуждаются.

Закончилась эта история грандиозным скандалом. За рубежом было проведено журналистское расследование, и оказалось, что на самом деле все пациенты Маккиарини умерли. Он действительно проводил эти операции, но после них никто из пациентов с пересаженной трахеей долго не жил.

Статьи Маккиарини были отозваны. Каролинский институт в Швеции, где ученый работал последние годы перед разоблачением, отказался от его услуг. Мало этого, пострадали также декан факультета, где работал Маккиарини, и еще несколько ученых этого института — за то, что приняли на работу человека, занимавшегося подобными делами, и длительное время одобряли его деятельность. Все они входили в Нобелевский комитет — участвовали в присуждении премий по физиологии и медицине, а также по химии. Двое или трое из этих ученых были вынуждены не только покинуть Каролинский институт, но и выйти из Нобелевского комитета. В результате даже возникла проблема присуждения Нобелевской премии за 2017 год, поскольку пришлось срочно искать новых членов Нобелевского комитета.

Другая скандальная история связана с именем американского ученого Пьеро Анверса. Он приобрел известность в начале 2000-х годов, когда начал публиковать свои работы об открытии им популяции стволовых клеток сердца. В одной из его статей сказано, что благодаря этим клеткам сердечная мышца у взрослых людей обновляется примерно на семь процентов в год. Понятно, что стволовые клетки сердца стали бы «золотой жилой» для медицины, поскольку сердечно-сосудистые заболевания, и особенно инфаркт сердца, при котором разрушается сердечная мышца, — это наиболее массовая патология и одна из главных причин смертности. Если бы действительно удалось найти стволовую клетку, из которой получается кардиомиоцит (клетка мышцы сердца), то это открытие осчастливило бы не менее тридцати процентов человечества. А Пьеро Анверса обнаружил эту клетку еще в начале 2000-х и на протяжении добрых пятнадцати лет публиковал результаты, даже провел несколько клинических исследований с использованием стволовых клеток на пациентах с заболеваниями сердца.

Результаты, полученные Пьеро Анверса, неоднократно пытались воспроизвести в других лабораториях, но чаще всего безуспешно. В 2014 году началось расследование; в ряде работ ученого были обнаружены нестыковки, неточности в иллюстрациях, а в заявках на финансирование — сфальсифицированные данные. В результате расследования Гарвардский университет, в котором Пьеро Анверса занимал профессорскую должность, был оштрафован на десять миллионов долларов Национальными институтами здоровья США. От него просто потребовали вернуть полученные гранты.

Расследование окончательно завершилось в 2018 году. Открытие стволовых клеток сердца многие критики ученого признали фальсификацией, не заслуживающей траты времени и средств на продолжение этой работы. Более тридцати публикаций Пьеро Анверса с коллегами, сделанных за эти годы в научных журналах, были отозваны.

Рекламный демон, «подогревающий» интерес широкой публики, был выпущен наружу гораздо раньше самого события. Сегодня благодаря интернету и навыкам хакеров время, за которое секретная научная информация может просочиться наружу и стать достоянием общества, еще более сократилось. Для этого может быть достаточно одних суток. Так произошло в 2018 году в истории, героем которой стал китайский ученый Хэ Цзянькуй — первый в мире человек, отредактировавший человеческий геном так, что внесенные изменения должны наследоваться.

Я уже писал, что в связи с появлением системы CRISPR/Cas9, когда показалось, что с ее помощью можно просто и быстро, всего за несколько дней провести генетическое редактирование даже соматических клеток человека, в декабре 2015 года был созван в Вашингтоне Международный саммит по редактированию генома. Его организаторами были национальные академии наук США, Великобритании и Китая.

А в ноябре 2018 года уже в Китае должен был состояться 2-й Международный саммит по редактированию генома, организованный теми же тремя академиями наук. Но тут-то и начинается настоящая детективная история.

Внезапно в сентябре-октябре 2018 года, когда до встречи уже почти не оставалось времени, Академия наук Китая заявила, что не получила никакого финансирования на запланированное мероприятие и саммит не может быть проведен на китайской территории. Для остальных двух организаторов это стало шоком. Но переносить его в другую страну уже было сложно — серьезными учеными такие мероприятия планируются заранее, поэтому организаторы решили принципиально ничего не менять, а просто провести саммит в Гонконге.

Дело в том, что Гонконг, хотя и является особым административным районом Китая, по своему статусу сохранил большую степень независимости. Организаторами саммита стали Национальная академия наук США, Королевское научное общество Великобритании и Академия наук Гонконга. Участие Хэ Цзянькуя в этой встрече было запланировано. И вдруг за сутки до официального начала саммита приходит информация, что Хэ Цзянькуй будет делать свой доклад вовсе не на ту тему, которая была заявлена, а расскажет о двух недавно рожденных девочках, которым он произвел геномное редактирование, причем так, что в последующем эти изменения будут наследоваться.

Это известие в немалой степени подогрело обстановку, но то, что рассказал китайский ученый, буквально всех потрясло.

ВИЧ как мишень

Причины того, почему Хэ Цзянькуй взялся именно за эту тему, достоверно не ясны. Пока известно только, что молодой ученый решил поработать с людьми, которые являются носителями вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающего синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). Как мы все знаем, этот вирус может приводить к тяжелым последствиям и способен передаваться по наследству. Но известно также, что к ВИЧ люди имеют различную чувствительность.

Например, чернокожие жители тропических стран обладают высокой чувствительностью к ВИЧ и с большой вероятностью могут быть ВИЧ-инфицированными, причем вирус встраивается в их геном и в дальнейшем присутствует в иммунной системе. Весьма вероятны и проявления самого заболевания — СПИДа.

У жителей Южной Европы — итальянцев, французов — вероятность ВИЧ-инфицирования более низкая. Еще ниже она в Северной Европе (Скандинавия, Россия). Когда стали изучать на молекулярно-генетическом уровне, в чем причина такой разницы, то оказалось, что вообще вирус иммунодефицита человека обладает весьма высокой специфичностью: он заражает особый тип лимфоцитов — Т-клетки-помощники (Т-хелперы). А на поверхности этих Т-клеток-помощников находится среди прочего рецептор CCR5, или хемокиновый рецептор.

Хемокины — это особые биологические молекулы, которые привлекают клетки примерно так, как запах колбасы собаку: они заставляют клетки, в частности лимфоциты, двигаться в направлении источника «запаха» путем воздействия на их хемокиновые рецепторы. И тот же самый рецептор хемокина CCR5 используется вирусом для проникновения внутрь лимфоцита. Известно также, что чувствительность различных людей к ВИЧ-инфекции опосредуется через генетические варианты хемокинового рецептора.

Уже говорилось, что мутации — это просто изменения. Для человека различные мутации хемокинового рецептора считаются популяционной нормой и называются полиморфизмом. Мы помним, что каждый ген имеет в клетке две копии: одна пришла от мамы, другая от папы. И если, к примеру, одна копия гена хемокинового рецептора полностью «нормальная», то есть наиболее часто встречающаяся, то вторая может содержать вполне определенную мутацию: в ней отсутствуют тридцать два нуклеотида, и такой мутированный ген называется CCR5-дельта-32. Так вот оказалось, что при наличии одной копии такой мутации (гетерозигота) риск заболеть СПИДом будет значительно ниже, чем если у человека имеются две нормальные (на биологическом сленге — «дикие») копии этого гена. А если и от папы, и от мамы достались мутантные варианты дельта-32, то человек оказывается устойчив к вирусу.

География здесь играет пока непонятную, но важную роль. Чем дальше на север, тем чаще встречаются люди, у которых имеются в той или иной форме мутации CCR5-дельта 32. Так, на территориях к югу от Средиземного, Черного и Каспийского морей всего три—пять процентов населения имеют полиморфный вариант гена CCR5-дельта-32, а на территориях, лежащих к северу, — от восьми до шестнадцати процентов. К таким удивительным последствиям приводит природный, абсолютно естественный полиморфизм.

Китай в этом смысле — достаточно южная страна, в которой встречается только «дикий» тип рецептора CCR5. Молодой амбициозный ученый Хэ Цзянькуй решил помочь тем родителям, которые заражены вирусом СПИДа, и ввести в их будущих детей мутацию хемокинового рецептора CCR5-дельта-32, чтобы снизить вероятность заболевания СПИДом. Причем не просто ввести мутацию в соматические клетки рожденных детишек, а сделать так, чтобы эта новая для них мутация появилась в китайской популяции и могла бы передаваться по наследству, то есть и дети этих детей оказались бы защищенными от ВИЧ.

Конечно, есть возможность (кстати, используемая одной из коммерческих компаний для разработки технологии лечения), когда просто берут кровь у больных СПИДом, вводят в клетки крови эту же мутацию и помещают клетки обратно в организм. Но в популяции такие вылеченные гены не останутся — они не наследуются. А Хэ Цзянькуй хотел, чтобы они именно передались по наследству.

Надо сказать, что китайский ученый не собирался проводить свое исследование нелегально. На самом деле в определенный момент (правда, уже после того как он начал свой эксперимент) Хэ Цзянькуй направил в китайский Регистр клинических исследований запрос, чтобы ему разрешили это сделать. Однако китайский регулятор ответил, что разрешения ему не даст. Скорее всего, и информация о том, чем занимается ученый, утекла в средства массовой информации из китайского Регистра клинических исследований.

Но здесь опять-таки важно, что хотя намеченная конференция была весьма престижной, Китай в последний момент отказался от ее проведения и она состоялась пусть и рядом с Китаем, но в автономном регионе. По-видимому, отказом принять на своей территории эту конференцию Китай показал, что знает о сути эксперимента, выполненного китайским ученым, и хочет от него дистанцироваться, но не будет мешать тому, чтобы о случившемся узнал весь мир.

Самый смелый из «тысячи талантов»

История первого в мире наследуемого редактирования генома человека на долгое время оказалась в центре внимания биологии и регенеративной медицины. И это понятно, потому что очень велики надежды на биомедицину — на то, что человечество сможет более эффективно управлять такой сложной биологической системой, как человек, внося необходимые поправки на генном или клеточном уровне.

Хэ Цзянькуй родился в 1984 году в Китае, после окончания университета уехал в США учиться в аспирантуре, в 2010 году защитил диссертацию на соискание ученой степени (PhD, соответствует кандидату наук) по биофизике, а в 2012 году вернулся в Китай по программе «Тысяча талантов». Это специальная программа, принятая китайским правительством, по возвращению на родину талантливых соотечественников, чтобы они занимались научными исследованиями не за границей, а у себя в Китае.

Программа «Тысяча талантов» сначала была действительно рассчитана на тысячу человек, но потом расширена и продолжает осуществляться. Хэ Цзянькуй получил лабораторию в университете города Шэньчжэнь. Среди тех людей, которых правительство Китая привлекло для работы на родине, он считался одним из самых талантливых. Его называли китайским Эйнштейном, восходящей звездой и т. д. И хотя Хэ Цзянькуй защищал диссертацию по биофизике, после возвращения в Китай он очень плотно занялся редактированием генома. Мы уже знаем, что именно в этот период, с 2012 до 2013 год, стало очень активно развиваться редактирование генома, особенно с помощью системы CR1SPR/Cas9, позволявшей сократить время редактирования до нескольких недель.

Работая по гранту «Тысяча талантов», Хэ Цзянькуй как молодой ученый в 2018 году получил еще дополнительный грант от китайского правительства. Ему предоставили все условия для работы. Помимо научных изысканий, он, как сейчас принято во всем мире, основал семь различных коммерческих компаний как раз в области геномного редактирования, общая стоимость которых оценивается примерно в полмиллиарда долларов. Однако поначалу об эмбрионах человека речи не шло.

По словам ученого, его увлечение редактированием генома человека началось только в последние годы, но никаких публикаций у него на эту тему не было. В основном Хэ Цзянькуй пытался проводить геномное редактирование на мышах, но ни на обезьянах, ни на эмбрионах человека он не работал — по крайней мере, никто не знал его как исследователя в этой области.

Тем более поразительной для всех была новость, появившаяся за сутки до открытия международного симпозиума, о том, что Хэ Цзянькуй не только провел геномное редактирование эмбрионов человека, но и трансплантировал их и что уже родились два ребенка с отредактированным геномом. Новость облетела весь мир: сначала она была опубликована одним журналистом в твиттере, потом перепечатана в журнале Массачусетского института технологии (MIT). Этот еженедельный внутренний журнал публикует обзорные статьи по последним достижениям науки, поэтому новость об уникальном эксперименте стала очень быстро тиражироваться другими СМИ.

Однако пока это был лишь ничем не подтвержденный слух. И вот за день до начала симпозиума, в неофициальной обстановке Хэ Цзянькуя встретила Дженнифер Дудна (одна из первооткрывателей технологии CRISPR/Cas9) и как бы невзначай спросила, будет ли он рассказывать на конференции о своих экспериментах с геномом человека. Он сказал, что сообщать об этом не планировал и собирается делать доклад, посвященный каким-то другим своим работам. Дудна была поражена: как можно эксперимент, о котором уже говорит весь мир, не обсудить на этой конференции? В тот же вечер члены оргкомитета пригласили Хэ Цзянькуя в ресторан поужинать и пообщаться. Все они выразили некоторое удивление тем, что ученый решился на подобный эксперимент, хотя он объяснил, что эта работа была одобрена китайским госпиталем, где проводится экстракорпоральное оплодотворение, однако институт, где работает Хэ Цзянькуй, его эксперимент не одобрил, поэтому рассказывать об этой работе он не собирается. Тем не менее члены оргкомитета выудили из него некоторые подробности и, несмотря на свое осуждение эксперимента в принципе, дружно стали уговаривать китайского ученого сделать о нем доклад на конференции.

И на второй день конференции Хэ Цзянькуй сделал доклад о том, как его усилиями две девочки, которых он называл Нана и Лулу, появились на свет в октябре 2018 года — более чем за месяц до конференции, на которой прозвучал его доклад. Родились они с помощью кесарева сечения, но по медицинским показаниям — без всякой связи с исследованиями ученого.

Подробности уникального эксперимента Хэ Цзянькуя

В своем докладе Хэ Цзянькуй рассказал о некоторых подробностях того, что и как делал. Ученый отобрал в клинике экстракорпорального оплодотворения несколько супружеских пар, которые были инфицированы ВИЧ. Геномное редактирование, то есть введение системы CRISPR/Cas9 в клетки будущего эмбриона, происходило как раз в этой клинике. Были взяты единственная женская яйцеклетка и один сперматозоид, потому что нужно было хорошо отмыть сперматозоид от возможного присутствия вируса иммунодефицита человека в сперме при ее массовом отборе — это было необходимо из клинических соображений. Затем единственным сперматозоидом оплодотворяли яйцеклетку и к этим двум слившимся клеткам сразу же добавляли систему CRISPR/Cas9 на основе рибонуклеиновой кислоты для проведения редактирования генома.

Дальше оплодотворенную яйцеклетку (зиготу) с СRISPR/Cas9помещали на несколько дней в лабораторный инкубатор, чтобы по существующей технологии, разработанной задолго до Хэ Цзянькуя, провести генетический анализ. Обычно он проводится, когда у людей есть подозрение на какое-то генетическое заболевание плода, например болезнь Дауна или еще что-то. По этой технологии на третий-четвертый-пятый день развития зиготы можно от эмбриона отщепить одну клетку, при этом эмбрион не пострадает — он и дальше будет нормально развиваться. Но на единственной взятой из него клетке можно провести генетический анализ (он называется предимплантационной генетической диагностикой) и посмотреть, хорош ли этот эмбрион с генетической точки зрения или плох. Если, предположим, обнаруживается трисомия по двадцать первой хромосоме (синдром Дауна), то данный эмбрион уже подсаживать не будут; вместо этого проверят другой эмбрион, и если он не несет трисомию, его можно будет подсадить. Предимплантационная генетическая диагностика (ПГД) — это стандартная процедура, используемая уже не один десяток лет.

Хэ Цзянькуй для проведения ПГД взял как раз одну клетку, но целью его диагностики в данном случае была необходимость узнать, прошло ли редактирование и насколько хорошо. Ведь и яйцеклетка, и сперматозоид до слияния несли свои геномы — по двадцать три хромосомы от каждого из родителей. Текст, на который нацеливался китайский ученый (ген CCR5), находился на третьей хромосоме генома мамы (в яйцеклетке), а другая его копия — на третьей хромосоме генома папы (в сперматозоиде). После их слияния образуется диплоидный набор хромосом: двадцать три от мамы и двадцать три от папы, всего сорок шесть. На этом этапе в зиготу был добавлен генетический редактор, нацеленный на ген CCR5. Такой ген есть и на маминой, и на папиной хромосоме, а значит, в дальнейшем могут получиться такие варианты: генетический редактор не сработает (оба аллеля гена CCR5 сохранятся неизменными); будет отредактирован только один аллель, а второй останется нетронутым; будут отредактированы оба аллеля.

При проведении ПГД на этапе, когда эмбриону от трех до пяти дней, Хэ Цзянькуй ставил своей целью посмотреть, в каких из нескольких развивающихся эмбрионов произошло редактирование целевого гена, чтобы выбрать впоследствии самую лучшую бластоцисту (раннюю стадию развития эмбриона) для трансплантации в матку женщины. Всего ученый использовал двадцать две оплодотворенные яйцеклетки от нескольких супружеских пар, и оказалось, что только в шестнадцати из них произошло редактирование — либо наполовину, либо полностью. Одиннадцать из этих шестнадцати эмбрионов были использованы для имплантаций. Сегодня не рекомендуется имплантировать женщине более двух бластоцист, так как техника экстракорпорального оплодотворения развита достаточно хорошо, и в семидесяти процентах случаев обе бластоцисты нормально развиваются до самых родов, так что рождается двойня.

Поскольку было имплантировано одиннадцать эмбрионов, и не более двух — одной женщине, то, очевидно, трансплантация была проведена пяти или шести женщинам. Однако, судя по всему, развилась только одна беременность, и родились двойняшки (не однояйцевые близнецы) — никакой информации о других беременностях не появлялось.

Так родились Нана и Лулу. У одной из них, как выяснилось, была внесена мутация только в один аллель, то есть получилась гетерозигота по гену CCR5. Это значит, что один аллель оказался измененным и несет природную мутацию дельта-32. А второй аллель остался исходным, без полиморфного варианта гена. Другая девочка имела изменения в обоих аллелях гена CCR5, то есть они несли мутацию дельта-32. Считается, что такие люди устойчивы к вирусу иммунодефицита человека.

К сожалению, с тех пор как Хэ Цзянькуй выступил со своим докладом на конференции в Гонконге в ноябре 2018 года, никакой новой информации об этом уникальном эксперименте не появлялось. Каких-либо определенных научных публикаций в рецензируемых журналах до сих пор нет; ни один из них не решился напечатать материалы, отправленные китайским ученым. И та история, о которой я здесь рассказываю, стала известна скорее из публикаций в СМИ и научно-популярных изданиях, чем из какой-то научной аналитической статьи.

В природе такого не бывает

О явлении, названном мозаицизм, мы уже говорили, когда обсуждали эксперименты на обезьянах и работы Шухрата Миталипова по редактированию эмбриона человека без имплантации. Мозаицизм возникает, когда у одного и того же организма разные клетки могут нести немного отличающиеся гены. Читатель уже, наверное, понял, что это явление могло развиться при геномном редактировании на уровне эмбриона, которое провел Хэ Цзянькуй. Ученый ввел необходимый генный редактор в зиготу (уже оплодотворенную яйцеклетку с диплоидным геномом), однако дальше эта клетка делится, образуя две, четыре, восемь, шестнадцать клеток и т. д., — и на каком этапе генный редактор сработает, неизвестно. Как вы помните, Шухрат Миталипов утверждал, что вводить генный редактор надо не тогда, когда гаметы уже слились, а на более раннем этапе, еще до оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом. Хэ Цзянькуй пошел более стандартным путем, и генный редактор действительно сработал гораздо позже — уже на этапе нескольких клеток, причем сработал, скорее всего, далеко не во всех из них. В каких-то клетках ген был изменен, а в других остался в своем нормальном состоянии.

В естественной популяции такого не бывает. Существуют природные варианты гена CCR5 — те, которые наследуются. Например, от мамы будущий ребенок получает ген CCR5-дельта-32, а от папы более широко распространенный вариант гена без этого изменения, и все клетки этого человека с момента его рождения и до самой смерти будут гетерозиготны по гену CCR5. А вот с ситуацией, когда возникает мозаицизм, то есть часть клеток в одном и том же организме гомозиготна по гену CCR5, а другая гетерозиготна, человечество никогда раньше не сталкивалось. Как будет развиваться такой организм? Скорее всего, нормально, ведь и с тем и с другим геном люди живут и чувствуют себя прекрасно. Но если мозаиками окажутся кроветворные стволовые клетки, то когда дело дойдет до иммунного ответа, предсказать его правильность пока не представляется возможным.

Проблема в том, что на самом деле ген CCR5 играет важную роль для клеток иммунной системы. В частности, некоторые из них, а именно Т-лимфоциты, как раз из-за наличия гена CCR5 становятся мишенями ВИЧ. Очень показательна история Тимоти Рэя Брауна, американца, у которого в 1995 году во время учебы в Берлине диагностировали ВИЧ. На фоне иммунодефицита у Тимоти развился острый миелоидный лейкоз — разновидность лейкемии (рака крови). Самым эффективным способом лечения лейкемии является химическое устранение всех клеток крови, включая стволовые, поскольку они-то как раз и становятся раковыми. А взамен нужно было трансплантировать пациенту кроветворные клетки костного мозга от подходящего донора, и если они приживутся, пациент будет жить долго и счастливо.

Трансплантация состоялась в 2007 году. Несколько лет после этого события имя пациента скрывалось из соображений конфиденциальности. Из шестидесяти доноров был выбран человек, имевший мутацию гена CCR5 в обоих аллелях, доставшихся ему и от папы, и от мамы. Люди с этой мутацией встречаются достаточно редко — примерно в одном проценте случаев. Именно такие клетки костного мозга получил ВИЧ-инфицированный пациент для лечения своей лейкемии. То, что произошло дальше, назвали берлинским чудом: пациент оказался полностью излеченным от ВИЧ, потому что тот вид вируса, которым он был инфицирован, проникал в здоровые клетки именно через рецептор CCR5. Мутация дельта-32 приводит к тому, что вирус не связывается с рецептором на Т-лимфоцитах и не проникает в них, инактивируя в дальнейшем всю иммунную систему. Этот человек вылечился и прожил еще тринадцать лет. К сожалению, в 2020 году Тимоти Браун умер в результате рецидива лейкемии. Ему было пятьдесят четыре года.

Известен всего один случай успешного повторения этой лечебной процедуры у другого человека, известного как лондонский пациент. Случай аналогичный: у больного нашли лимфому, и при этом он был ВИЧ-инфицированным. Он тоже получил костный мозг от донора, который, по счастливому совпадению, имел ген CCR5 с мутацией дельта-32 в обоих аллелях. Лондонский пациент выздоровел и в 2019 году сообщил свое имя — Адам Кастильехо.

В этих двух случаях использовалась весьма дорогостоящая и сопряженная с повышенным риском медицинская процедура, ориентированная в первую очередь на онкологических больных. Но сегодня для целого ряда компаний, работающих по редактированию генома, мишенью является именно ген CCR5. Его редактируют, но не на уровне эмбриона, чтобы последствия этого редактирования не передавались по наследству, а берут у пациента кроветворные стволовые клетки костного мозга, вне организма редактируют их, а потом помещают обратно. Таким образом, зародышевый путь не затрагивается, наследования не происходит, но зато часть стволовых клеток крови получает мутацию дельта-32, и они становятся устойчивыми к инфицированию вирусом иммунодефицита человека.

Китайский эксперимент: за и против

Сегодня человечество находится еще в самом начале клинических исследований в области методов лечения ВИЧ с помощью технологии геномного редактирования. Задача, которую поставил себе Хэ Цзянькуй, была более сложной, чем у других исследователей, потому что в китайских популяциях мутация дельта-32 гена CCR5 не встречается. Ученый надеялся, что та мутация, которую он внес Нане и Лулу, в случае образования как гомозиготы, так и гетерозиготы повлияет не только на них, но — за многие годы — и на всю китайскую популяцию в плане защиты от ВИЧ. В самом деле, если клетки с подобной мутацией попадут в женскую репродуктивную систему и сформируют яичник, то либо половина яйцеклеток (у той девочки, у которой гетерозигота), либо все яйцеклетки (у второй девочки, у которой гомозигота) будут нести мутацию дельта-32 и передадут ее потомкам.

В этом Хэ Цзянькуй видел главный положительный момент, когда обосновывал свой эксперимент по редактированию эмбриона. Но тут надо оговориться, что есть несколько подтипов ВИЧ, использующих для проникновения в организм разные рецепторы, и CCR5, который выбрал в качестве мишени китайский ученый, — только один из них. Поэтому если мы изменили ген CCR5, то это не означает, что человек будет полностью защищен от инфицирования вирусом иммунодефицита человека.

Насколько важно наличие или отсутствие участка гена CCR5, лежащего в области дельта-32? Люди, естественным образом имеющие гомозиготную мутацию по этому рецептору, живут без него и каких-то особых проблем из-за этого не замечают — даже на Фарерских островах, где частота мутации дельта-32 максимальна и достигает трех процентов общей численности населения. По-видимому, ген CCR5 — не тот ген, вариации которого представляют опасность для здоровья в настоящее время.

Эксперимент китайского исследователя неожиданно возродил интерес и к полиморфизму гена CCR5. Так, в июне 2019 года в журнале Nature Medicine (это один из наиболее авторитетных научных журналов) была опубликована статья, что от варианта гена дельта-32 бывают и негативные последствия. Проанализировав результаты генотипирования и данные о смерти четырехсот тысяч британцев, исследователи из Университета Беркли пришли к выводу, что мутация CCR5-дельта-32 в гомозиготном состоянии увеличивает для ее обладателей риск смерти от любых причин! И это в довесок к тому, что она вроде бы приводит и к повышенной восприимчивости к вирусу гриппа. Шокирующая информация была опровергнута через полгода, когда три независимых анализа той же самой базы данных о смертности и генотипе дельта-32 опровергли данные статьи, поскольку обнаружили техническую ошибку в расчетах. В октябре 2019 года исходная статья о риске смерти была отозвана авторами из журнала. Ситуация как в старом анекдоте: ложки-то мы нашли, но осадочек остался... Тем не менее многие функции этого гена остаются неизвестными. Например, мы не знаем, для чего ген CCR5 экспрессируется в мозге, в опухолях и т. д. Насущная потребность в изучении таких вопросов отсутствует, а значит, и средства на их решение не выделяются.

Так каких же негативных эффектов можно ожидать от того, что в этих двух девочках, Нана и Лулу, Хэ Цзянькуй полностью или наполовину изменил рецептор CCR5? Прежде всего надо упомянуть, что они — возможные генетические мозаики, а в природе таких организмов не существует, и нам трудно оценить их дальнейшее развитие. В этом большой риск, потому что рецептор CCR5 экспрессируется не только на Т-лимфоцитах, но и на других клетках, и каким теперь будет взаимоотношение клеток с разными вариантами гена в одном организме — остается пока загадкой.

Одного из факторов риска — по крайней мере, со слов Хэ Цзянькуя — ему удалось избежать. Он сказал, что не обнаружил у этих девочек никаких внемишенных изменений в геноме. Да, система CRISPR/Cas9 действительно обладает высокой точностью распознавания генетического текста, но ведь «и на старуху бывает проруха»! Если система должна из шести миллиардов букв (по три миллиарда от папиного и маминого генома) генетического текста найти двадцать уникальных буквенных сочетаний, понятно, что она может и ошибаться. По утверждению китайского ученого, в случаях с этими девочками система нигде не ошиблась и совершенно четко произвела мутацию дельта-32, которую он и хотел получить.

Какой еще может быть риск от ее введения? Есть небольшое количество публикаций, в которых говорится, что при природной мутации дельта-32 в гене CCR5 у людей повышается риск заболеть лихорадкой Западного Нила. Но болеют ею люди нечасто. Возможно, более серьезная опасность, согласно единственной публикации, состоит в том, что эта мутация повышает чувствительность к гриппу. Но опять-таки надо учитывать некий баланс. От гриппа ежегодно умирает в мире, по разным оценкам, от трехсот до шестисот тысяч человек (а болеют шестьсот миллионов или больше), а от СПИДа каждый год погибает около миллиона, — при том, что болеют им гораздо реже, чем гриппом.

Возможно, удастся изучить, будут ли эти китайские девочки более чувствительными — пусть не к лихорадке Западного Нила, которая случается все-таки очень редко, а к гриппу.

Подводя общий итог целесообразности выбора китайским исследователем мутации CCR5-дельта-32, можно сказать, что это направление остается перспективным для исследований во всем мире. Но исследований не на уровне эмбриона, а на уровне соматических клеток — ученые ищут наиболее эффективные методы внесения нужной мутации в стволовые клетки крови, чтобы обеспечить защиту пациентам, инфицированным ВИЧ.