Редактирование гена для чайников

Как открытие Дженнифер Дудны и Эмманюэль Шарпантье изменило биологию и принесло им Нобелевскую премию
08.10.2020
Константин Северинов

Нобелевскую премию по химии 2020 года получили Дженнифер Дудна и Эмманюэль Шарпантье. Их открытие - система редактирования генов CRISPR-cas - стало прорывом в прикладной биологии и медицинской генетике. О значении открытия рассказывает профессор «Сколтеха» и университета Ратгерса (США) Константин Северинов


Фото Getty Images

Присуждение Нобелевской премии за изобретение технологии редактирования геномов Дженнифер Дудне и Эмманюэль Шарпантье было лишь вопросом времени - трудно найти за последние два десятилетия пример технологии, которая в большей степени революционизировала науки о жизни. При этом следует понимать, что технологии направленного изменения геномов живых организмов существовали и раньше: научная дисциплина «генная инженерия» насчитывает минимум полувековую историю. Однако ранние методы требовали больших усилий и времени, а успех не всегда был гарантирован. Поэтому то, что сделали Дженнифер и Эмманюэль, действительно стало этапным моментом.

В 2012 году они обнаружили неожиданное применение системы бактериального иммунитета - молекулярного механизма, с помощью которого бактерии обнаруживают внутри себя геном паразита - бактериального вируса - и обезвреживают его. Дудна и Шарпантье показали, что с помощью этого механизма можно разрезать в наперед заданной точке любую молекулу ДНК, не только ДНК бактерий, а любого организма. Дальнейшее оказалось делом техники: если вы можете «раскусить» с помощью белка-фермента определенную последовательность ДНК, клетки станут залечивать этот разрыв, а в процессе залечивания можно внести в место разрыва нужные вам изменения.

Демонстрация того факта, что эти «ножницы», используемые бактерией для борьбы с вирусами, можно вынуть из бактерии и использовать в пробирке или в клетках высших организмов для направленного изменения любой последовательности ДНК, открыло эру геномного редактирования нового типа - иногда его называют «редактированием для чайников». Возникли разговоры о том, что теперь биохакеры могут делать это «в гаражах», как в 70-е годы основоположники компьютерной революции создавали первые персональные компьютеры и продукты для них. На самом деле это, конечно, далеко не так просто. Тем не менее, открылось огромное поле возможностей для самых разных ученых, изучающих и бактерии, и растения, и животных, и людей. Вдруг стало возможным адресно изменять интересующие места генома и смотреть, что из этого получится.

Наверное, самый известный публике пример - это сомнительные с этической точки зрения опыты китайского генетика Хэ Цзянькуя по редактированию генома девочек-близнецов. Кстати, против этой работы очень резко выступила одна из сегодняшних нобелиаток, Дженнифер Дудна. Однако из технологии редактирования выросло огромное множество практических приложений. К примеру, сейчас в стадии клинических испытаний находятся методики, использующие геномное редактирование для лечения некоторых форм рака легких, болезней типа мышечной дистрофии Дюшенна, проблем, связанных со старческой дегенерацией сетчатки, а также многих лейкемий.

Что касается немедицинских применений, то многие из них уже реализованы на коммерческой основе. Получен целый ряд сельскохозяйственных животных и растений, обладающих заданными свойствами. Вот несколько анекдотичный пример: как известно, в магазинах шампиньоны на срезах быстро темнеют. С точки зрения продавца, это плохо, потому что покупатели не хотят покупать черные шампиньоны, а хотят белые. Выяснилось, что ген, который кодирует белок, ответственный за потемнение, можно разрушить, используя технологию CRISPR-cas. И вот в США пару лет назад были одобрены к использованию шампиньоны с отредактированным геномом. Теперь потребитель может покупать старые шампиньоны по цене свежих. И это прекрасно: это и доказывает, что наука очень полезная вещь.

Если же говорить серьезно, то сегодня, по моим оценкам, объем рынка технологий, основанных на CRISPR-cas, составляет около $2 млрд. По другим оценкам, к 2027 году он достигнет $10 млрд.

К сожалению, сегодняшнюю нобелевскую премию омрачает одна не очень красивая история. Мой друг и коллега Виргиниюс Шикшнис из Вильнюсского университета сделал научную работу, которая по существу предвосхищала результаты Дудны и Шарпантье. Написанная им статья была представлена к публикации раньше, чем работы Шарпантье и Дудны, однако прошла много мытарств, а в результате была опубликована позже, и не в престижном Science, а в чуть менее респектабельном PNAS. Формальный приоритет Шикшниса признает большинство научного сообщества, и он даже удостоился за свою работу премии Калви - норвежского аналога Нобелевки. Таким образом, Литва как государство никогда не была так близка к тому, чтобы гордиться собственным нобелевским лауреатом, как сегодня. К сожалению, этого не произошло.

Следует упомянуть и еще одно имя - Фэна Чжана из Института Брода (MIT). Буквально через полгода после выхода работы Дудны он сделал следующий шаг, показав, что методику можно применять не только в пробирке, но и в живых клетках человека. В патентном споре с первооткрывателями метода Чжан одержал ряд побед. Однако с точки зрения фундаментальной науки это все же второй шаг: сперва надо было показать, что такое в принципе возможно, что и сделали нобелиаты. При этом, конечно, работе Чжана тоже нельзя не отдать должное.

Что ж, у любого открытия всегда есть много родителей. Это не умаляет того факта, что Дженнифер и Эмманюэль сделали первый шаг, положив начало огромной новой области биологических и медицинских исследований. Воспользуюсь этой колонкой, чтобы передать им мои поздравления.

Источник: Forbes.ru

Читайте другие наши материалы