Революция в эволюции: Нобеля по химии дали за «генетические ножницы»
Нобелевскую премию по химии присудили за создание редактора генома CRISPR/Cas9, который называют генетическими ножницами. С помощью метода, разработанного американкой Дженнифер Дудна и француженкой Эммануэль Шарпантье, теперь можно вносить точечные изменения в любой геном, что, по сути, означает конец биологической эволюции.
Подсмотреть у бактерий
Нобелевский комитет 7 октября отметил премией по химии двух женщин, которые уже давно претендовали на эту мировую награду, так как действительно произвели революцию в редактировании генома. Это французский микробиолог Эммануэль Шарпантье, которая в данный момент возглавляет отдел регуляции и биологии инфекций в Институте Макса Планка в Берлине, и биохимик Дженнифер Дудна, давно работающая в Калифорнийском университете Беркли.
Судя по оценкам коллег, эти две женщины — полные противоположности. Дженнифер очень общительна — она стала, как говорят, лицом CRISPR/Cas9. У нее есть муж и сын, она читает лекции и по всему миру пропагандирует свой метод.
Генеральный секретарь Академии наук Йоран К. Ханссон объявляет лауреатов Нобелевской премии по химии 2020 года во время пресс-конференции в Шведской королевской академии наук в Стокгольме
Эммануэль Шарпантье глубоко погружена в науку и только в нее. Она работала в пяти странах, семи городах, 10 учреждениях и 14 офисах. Когда-то она сказала в интервью «Нью-Йорк Таймс»: «Я решила, что наука будет основным направлением моей жизни. Это немного похоже на уход в монастырь. Вам нужно быть слегка одержимым».
По мнению Эммануэль, тем женщинам, у которых есть семья, делать карьеру в науке сложнее. Ей кажется, что многие женщины-ученые через 4–5 лет после получения докторской степени сдаются. Им сложно представить, что у них будет семейная жизнь, если они будут в разъездах, переходя из лаборатории в лабораторию, в течение следующих 10–15 лет. Поэтому Шарпантье — одиночка. Она мало спит и много работает. А про CRISPR/Cas9 говорит так: «Мы пытаемся понять механизм, используемый бактериями, чтобы вызывать болезни, адаптироваться и выживать в своем «человеческом хозяине».
«Удивительный белок»
В 2011 году Дудна и Шарпантье, которые параллельно вели похожие исследования, познакомились. А уже в 2012-м опубликовали статью в Science, после которой их жизнь полностью изменилась. Ученые по всему миру поняли, что совершено революционное открытие.
После 2012 года Дженнифер Дудна в разных интервью рассказывала, что она почувствовала, когда впервые поняла, что «генетические ножницы» действительно режут геном в том месте, которое им укажут ученые. Вот как она описывает вечер того самого дня: «Во время приготовления ужина я внезапно рассмеялась. «Почему ты смеешься, мама?» — захотел узнать мой сын. «Потому что у бактерий есть этот удивительный белок, который можно запрограммировать на поиск и разрезание любого желаемого фрагмента ДНК, как, например, поиск и изменение одного слова в библиотечной книге».
Дженнифер Дудна
Нобелевский лауреат Дженнифер Дудна серьезно включилась в историю, связанную с избавлением мира от пандемии COVID-19. Дженнифер удалось собрать команду ученых и компьютерных специалистов в Инновационном институте геномики Калифорнии, чтобы построить лабораторию клинических испытаний, которая сейчас проверяет образцы пациентов на наличие коронавируса. Также Дудна работает над созданием нового типа диагностики SARS-CoV-2, который можно будет проводить в домашних условиях.
Спор за авторство
Генетики всего мира с радостью восприняли новость о присуждении премии по химии именно Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье, и российские не стали исключением. Главный внештатный специалист по медицинской генетике Минздрава России, директор ФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова» Сергей Куцев сообщил «Известиям», что премия этого года может считаться знаковым событием для генетики как науки.
— Это замечательное событие, потому что инструмент редактирования генома, открытый Дудна и Шарпантье, можно использовать для лечения многих заболеваний. В настоящее время насчитывается более 4,5 тыс. наследственных болезней, обусловленных изменением генетического аппарата, — рассказал Сергей Куцев. — Редактирование генома во многих случаях сможет помочь таким больным. Уже сейчас в разработке есть протоколы для лечения десятков заболеваний с использованием этой технологии.
Интересно, что за это достижение могли наградить и другой научный коллектив. Работы по геномному редактированию с помощью CRISPR/Cas9 ведут не только Дудна и Шарпантье. Сейчас идет длительная судебная тяжба за право на патент на эту технологию, сообщил «Известиям» руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ (вуз — участник программы повышения конкурентоспособности образования «5-100») Павел Волчков.
Эммануэль Шарпантье
— За патент судится коллектив из Гарварда и Университета Беркли. Они пытаются выяснить, кто первым получил права на использование Cas9 в биологических целях. Коллектив из Института Брода, который сильно аффилирован с Гарвардом, возглавляет Фэн Чжан, который работал над методом вместе с нашим соотечественником биоинформатиком Евгением Куниным. И суд США в первой инстанции присудил права на патент именно Института Брода. А Дженнифер Дудна подала апелляцию. Интересно, что Нобелевский комитет рассудил иначе, — сообщил эксперт.
Как бы там ни было, метод редактирования генома CRISPR Cas9 — абсолютно революционное открытие, давно заслуживающее Нобелевской премии, подчеркнул в беседе с «Известиями» профессор кафедры геномики и биоинформатики СФУ, профессор Геттингенского университета (Германия) Константин Крутовский.
— Это открытие такого же масштаба, как в свое время разработка метода ПЦР, без которого невозможно сегодня представить современную биологию, — заявил он. — Этот метод сейчас широко используется, например, для тестирования на коронавирус. С помощью CRISPR/Cas9 можно включать и выключать гены, делать их замены. Это фундаментальное открытие, по сути, означает конец биологической эволюции, естественного отбора. Метод открывает колоссальные перспективы в селекции и биомедицине, делает возможным избавление от многих генетических болезней, которые раньше были неизлечимыми.
Этика в генетике
Однако сам факт, что премия этого года присуждена технологии редактирования генома, поднимает важнейшие этические вопросы, связанные с тем, насколько наука может вмешиваться в природу, сообщила «Известиям» заведующая лабораторий Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, грантополучатель РНФ Анна Кудрявцева.
— Это, с одной стороны, важное открытие, а с другой — пугающее, ведь с помощью генетического редактирования можно сделать как добро, так и зло. Поэтому в обществе должен идти постоянный диалог на тему применения таких технологий, как редактирование эмбрионов и им подобных, а также должна быть урегулирована нормативно-правовая база, — подчеркнула Анна Кудрявцева.
Показателен первый случай использования технологии CRISPR/Cas9 на людях, который был зафиксирован в Китае. Биолог Хэ Цзянькуй в ноябре 2018 года сообщил о рождении первых в истории детей с целенаправленно измененным геномом. Искусственно введенная мутация должна была сделать их невосприимчивыми к заражению ВИЧ. На ученого сразу же обрушился шквал критики от коллег, которые посчитали, что проводить эксперименты на людях сейчас, когда доказательств эффективности и безопасности процедуры для человека нет, недопустимо. Из появившихся выдержек научной статьи ученого стало понятно, что эксперимент провалился: нужную мутацию внести не удалось, а вместо нее появились другие.
Исследователь работает с чашкой Петри, наблюдая процесс CRISPR/Cas9 через стереомикроскоп
Поэтому генное редактирование пока не должно применяться на эмбрионах человека, считают эксперты. В России сейчас ведется масса разработок, однако они пока находятся на стадии испытаний на животных. К примеру, ученые центра коллективного пользования «Геномное редактирование» Института биологии гена РАН с помощью технологии CRISPR/Cas9 вывели мышей с генетическими заболеваниями человека и испытали на них генную терапию, сообщил «Известиям» руководитель центра Алексей Дейкин.
— У нас созданы такие модели для мышечной дистрофии Дюшена, эпилепсии, синдрома Леша-Нихена, болезни Альцгеймера и других заболеваний. Данные модели мышей уже нашли применение в доклинических исследованиях, — рассказал он «Известиям». — Многое делается в отношении сельхозживотных: я участвую в проекте по созданию коров с улучшенными сельскохозяйственными признаками за счет внесения изменений в геном.
По словам ученого, технология имеет огромное значение не только для медицины, но и для сельского хозяйства. С помощью CRISPR/Cas9 выводятся новые породы свиней и бычков с повышенной мышечной массой, созданы не подверженные болезням и плесени растения, уже есть коровы с гипоаллергенным молоком. Как подчеркнул ученый, важно, чтобы люди понимали значение генных технологий и не боялись их. А этому может поспособствовать диалог, спровоцированный Нобелевской премией этого года.
В России ведутся и другие разработки по генному редактированию: в частности, в Медико-генетическом научном центре имени академика Н.П. Бочкова разрабатывают методики лечения муковисцидоза и врожденных патологий обмена веществ. Однако, как поясняют специалисты, на внедрение этих технологий уйдут годы, так как нужно детально изучить все возможные последствия и провести необходимые стадии исследований.
