Изменение набора генов. Генные мутации: причины, примеры, классификация

Изменение ДНК человека которое передается будущим поколениям уже давно считается этически закрытым и запрещенным во многих странах. Ученые сообщают, что они используют новые инструменты для ремонта болезнетворных генов в эмбрионах человека. Хотя исследователи используют дефектные эмбрионы и не собираются имплантировать их в матку женщины, работа вызывает опасение.

Изменение ДНК человеческих яйцеклеток, спермы или эмбрионов известно как герминативное изменение. Многие ученые призывают к мораторию на пересмотр клинических эмбрионов, редактирование зародышевой линии человека и многие считают, что этот вид научной деятельности должен быть запрещен.

Однако, редактирование ДНК человеческого эмбриона может быть этически допустимо, чтобы предотвратить болезнь у ребенка, но только в редких случаях и с гарантиями. Эти ситуации могут быть ограниченно введены для пар, когда они оба имеют серьезные генетические заболевания и для кого редактирование эмбриона действительно последний разумный вариант, если они хотят иметь здорового ребенка.

Опасность преднамеренного изменения генов

Ученые считают, что редактирование эмбриона человека может быть приемлемым, чтобы предотвратить ребенка от наследования серьезных генетических заболеваний, но только при соблюдении определенной техники безопасности и этических критериев. Например, пара не может иметь “разумные альтернативы”, такие как возможность выбора здоровых эмбрионов для экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) или с помощью пренатальных тестов и аборта плода с болезнью. Другая ситуация, которая может удовлетворить критериям, если оба родителя имеют одинаковые заболевания, такие как, например, кистозный фиброз.

Ученые предупреждают о необходимости строгого государственного надзора, чтобы предотвратить использование редактирования зародышевой линии для других целей, например, чтобы дать ребенку желаемые, отличительные от остальных черты.

Редактирование генов в клетках пациентов, которые не наследуются, клинические испытания уже ведутся для борьбы с ВИЧ, гемофилией и лейкозом. Считается, что существующие регуляторные системы для генной терапии которые являются достаточными для проведения таких работ.

Редактирование генома не должно быть для повышения потенции, повышения у здорового человека мышечной силы или снижения уровня холестерина.

Редактирование генов человеческой зародышевой линии или модификация зародышевой линии человека означает преднамеренное изменение генов передающееся детям и будущим поколениям.

Другими словами, создание генно-модифицированных людей . Модификация зародышевой линии человека на протяжении многих лет считается запретной темой в связи с безопасностью и социальными причинами. Это формально запрещено в более чем 40 странах.

Опыты по созданию генно-модифицированных людей и наука евгеника

Однако, в последние годы, по новым методам генной инженерии, проводились опыты с человеческими эмбрионами. Для исследований использовались гены и человеческие эмбрионы связанные с бета-заболеванием крови – талассемией. Эксперименты были в основном безуспешными. Но инструменты редактирования генов совершенствуются в лабораториях по всему миру и ожидается, что они позволят легче, дешевле и более точнее редактировать или удалять гены, чем когда-либо прежде. Современные пока теоретические способы редактирования генома позволят ученым вставлять, удалять и подправлять ДНК с получением положительных результатов. Это открывает перспективу лечения некоторых заболеваний, таких как серповидно-клеточные заболевания, муковисцидоз и определенные виды рака.

Селекция применительно к человеку – евгеника

Редактирование генов человеческих эмбрионов или направление евгеника приводит к созданию генетически модифицированных очень разных людей. Это вызывает серьезную безопасность в связи с социальными и этическими проблемами. Они варьируются от перспективы необратимого вреда для здоровья будущих детей и поколений до открывания дверей к новым формам социального неравенства, дискриминации и конфликтов и новой эре евгеники.

Наука евгеника по селекции человека попала в середине прошлого века как наука нацистского направления.

Ученым не разрешено вносить изменения в ДНК человека, который передается последующим поколениям. Такой новаторский шаг науки евгеники следует рассматривать лишь после дополнительных исследований, после чего изменения могут быть проведены в условиях жестких ограничений. Такие работы должны быть запрещены, чтобы предотвратить серьезные заболевания и инвалидности.

Изменчивость вызванную изменением генов называют ещё мутациями.

Это давнее табу на внесение изменений в гены человеческой спермы, яйцеклеток или эмбрионов, потому что такие изменения будут унаследованы будущими поколениями. Это табу отчасти из-за опасений, что ошибки могут непреднамеренно создать новые искусственные болезни, которые потом могут стать постоянной частью человеческого генофонда.

Другая проблема заключается в том, что этот вид может быть использован для генетической модификации для немедицинских причин. Например, ученые теоретически могут попытаться создать конструктор детей, в которых родители пытаются выбрать черты характера своих детей, чтобы сделать их умнее, выше, лучшими спортсменами или с другими якобы необходимыми атрибутами.

Ничего подобного в настоящее время не возможно. Но даже перспектива вызывает опасения ученых существенно изменить ход эволюции и создания людей, которые считаются генетически улучшенными, придумывать какие антиутопии будущего, описанные в фильмах и книгах.

Любая попытка создания младенцев от спермы, яйцеклеток или эмбрионов, которые имеют свои ДНК и пытаться редактировать можно только при очень тщательно контролируемых условиях и только для предотвращения разрушительного заболевания.

Это может быть сложно в дальнейшем провести грань между использованием генного редактирования, чтобы предотвратить или обработать заболевание и использовать его для повышения возможностей человека.

Например, если ученым удается выяснить, что изменения генов повышают мыслительные способности, чтобы отбиваться от деменции при болезни Альцгеймера, то это можно считать профилактической медициной. Если просто кардинально улучшить память здорового человека, то это уже не медицинское направление.

Когда разрешено изменять ДНК

Возможность редактирования генов и может быть использована для лечения многих заболеваний и, возможно, даже предотвратить многие разрушительные расстройства от происходящих в первую очередь путем редактирования из генетических мутаций в сперме, яйцеклетке и эмбрионе. Некоторые потенциальные изменения могли бы предотвратить широкий спектр заболеваний, включая рак молочной железы, болезнь Тея-Сакса, серповидноклеточную анемию, кистозный фиброз и болезнь Хантингтона.

Клинические испытания редактирования генов должны быть разрешены, если:

• нет “разумной альтернативы”, чтобы не допустить “серьезного заболевания”
• убедительно доказано, что гены, будучи отредактированы устраняют причину заболевания
• изменения направлены лишь на преобразование таких генов которые связаны с обычным состоянием здоровья
• проведена достаточная предварительная исследовательская работа на тему рисков и потенциальных выгод для здоровья
• постоянный, строгий надзор для изучения влияния процедуры на здоровье и безопасность участников, а также долгосрочные комплексные планы
• есть максимальная прозрачность в соответствии с конфиденциальностью пациента и ведется переоценка, здоровья, социальные выгоды и риски
• есть надежные надзорные механизмы, чтобы предотвратить расширение серьезной болезни или состояния.

Сторонники редактирования зародышевой линии человека, утверждают, что это могло бы потенциально уменьшить или даже устранить, возникновение многих серьезных генетических заболеваний уменьшили бы человеческие страдания во всем мире. Оппоненты говорят, что изменения человеческих эмбрионов опасно и противоестественно, и не учитывает согласие будущих поколений.

Дискуссия по изменению зародыша человека

Начнем с возражением о том, что изменение зародыша – это противоестественно или играть против Бога.

Этот аргумент основывается на предпосылке, что естественное по своей сути хорошее.

Но болезни являются естественными и люди миллионами заболевают и умирают преждевременно-все совершенно естественно. Если бы мы только охраняли природные существа и природные явления, мы бы не смогли использовать антибиотики, чтобы убить бактерии или иначе занимались бы медициной или боролись с засухой, голодом, мором. Система здравоохранения ведется в каждой развитой стране и может быть справедливо охарактеризована как часть всеобъемлющей попытки сорвать ход природы. Что естественно не является ни хорошим, ни плохим. Природные вещества или естественные методы лечения лучше, если они, конечно, возможны.

Приводит к важному моменту в истории медицины и редактирование генома и представляет перспективные начинания науки на благо всего человечества.

Вмешательство в геном человека допущено только в профилактических, диагностических или терапевтических целях и без внесения модификаций для потомков.

Стремительный прогресс в области генетики так называемый “дизайнер младенцев” увеличивает необходимость биоэтики для широкой общественной и ведении дискуссии о силе науки. Наука способна генетически модифицировать человеческие эмбрионы в лаборатории, чтобы контролировать унаследованные черты, такие как внешний вид и интеллект.

По состоянию на сейчас многие страны подписали международную Конвенцию, запрещающую этот вид редактирования генов и изменение ДНК.

В основе практически всех генетических исследований лежит понятие вариации . Это понятие включает в себя все типы изменений последовательностей ДНК (мутаций ), наблюдаемых на хромосомном или генном уровнях. С одной стороны, вариации генома служат объяснением межиндивидульного разнообразия, с другой, мутации могут приводить к патогенным изменениям жизнедеятельности организма, являясь, таким образом, причиной наследственного заболевания. Следует также ввести несколько терминов, использующихся для описания процесса мутационного изменения ДНК: локус - определенный участок хромосомы, содержащий специфические последовательности ДНК или гены, аллель - две или более альтернативных формы гена, расположенных в одном и том же локусе пары гомологичных хромосом. Если различие последовательности ДНК двух аллелей одного локуса наблюдается с частотой более 1% в общей популяции, то данный тип вариации обозначается полиморфизмом . Изменение последовательности ДНК, имеющее меньшую частоту, как правило, называется мутацией . Известно два основных вида мутаций, связанных с наследственной патологией: хромосомные (изменение числа и/или структуры хромосом в клетке) и генные (изменение последовательности ДНК в конкретном гене). Исходя из данной классификации, можно выделить направления генетических исследований нарушений последовательности ДНК, приводящих к наследственным заболеваниям, которые изучает медицинская генетика , а именно, поиск изменений последовательностей нуклеиновых кислот и белков на молекулярном уровне (молекулярная генетика ) и изучение изменений числа, структуры и организации хромосом(медицинская цитогенетика ).

Молекулярно-генетические исследования основаны на современных представлениях об особенностях молекулы ДНК и биохимических процессах транскрипции и трансляции. Основная их цель заключается в выявлении генных мутаций, приводящих к характерным фенотипическим проявлениям. Генные мутации представляют собой изменение расположения, потерю и приобретение ДНК относительно её линейной последовательности, обнаруживаемой в норме. Наиболее частые типы генных мутаций являются замена, потери и/или вставки одного нуклеотида. Последние обозначаются аббревиатурой SNP (single nucleotide polymorphsims) и являются одними из наиболее частых в геноме человека. В среднем, SNP, ведущие к вариации между аллелями у одного индивидуума, встречаются в каждых 1500 пар нуклеотидов. Однако, большинство из них расположены в некодирущих последовательностях и, в основном, не имеют фенотипических последствий. Если изменение последовательности ДНК происходит в гене, кодирующем белок, то оно с высокой долей вероятности будет связано с нарушениями жизнедеятельности организма. Существует следующая классификация генных мутаций:

Миссенс мутации - замена одного нуклеотида на другой или несинонимические изменения последовательности ДНК . Теоретически можно выделить два типа подобных мутаций: консервативные инеконсервативные . Консервативные миссенс мутации приводят к замене одного кодона на равнозначный (кодоны, кодирующие один и тот же аминокислотный остаток) или на кодон другого аминокислотного остатка, который не изменяет физико-химические свойства белка, кодированного соответствующим геном. Неконсервативные миссенс мутации, как правило, изменяют биохимические свойства белка и, следовательно, приводят к нарушению его функциональной активности.

Нонсенс мутации - изменения кодирующей последовательности ДНК, приводящие к образованию стоп-кодона, вследствие чего синтезируется белок, в котором отсутствует какая-то часть его последовательности.

Мутация сдвига рамки считывания - любые изменения последовательности ДНК гена (в основном, потери или вставки нуклеотидов), которые приводят к сдвигу считывания последовательности в ходе транскрипции. Результатом этого является синтез совершенно нового белка или образование матричной РНК, не несущей в себе никакой информации относительно аминокислотной последовательности.

Непатогенные изменения последовательности ДНК - вариации последовательности ДНК, включающие консервативные миссенс мутации, или так называемые синонимические мутации , которые не изменяют закодированную информацию в ДНК гена или не воздействуют на функциональную активность белковых макромолекул.

Мутации также происходят в некодирующих последовательностях ДНК (интронах). Данный тип вариаций, как правило, не имеет фенотипических последствий. Тем не менее, при сдвиге рамки считывания или образовании альтернативных форм белковых макромолекул (альтернативный сплайсинг ), эти вариации могут приводить к нарушению функциональной активности белковых макромолекул и, как следствие, фенотипическим последствиям. В данном контексте сложностью представляется идентификация патогенных мутаций, так как понятие «нормы» в медико-генетических исследованиях достаточно относительно, в силу того, что на молекулярном уровне геном человека является в значительной степени нестабильным. Иными словами, только рекуррентные мутации (наиболее частые повторные мутации, которые выявляются у индивидуумов с известным наследственным заболеванием) могут быть признаны патогенными. В случаях, когда обнаруживается новая мутация, возникает необходимость молекулярно-генетических исследований близких родственников пациента, чтобы определить является ли она причиной заболевания.

Хромосомные мутации (аномалии) связаны либо с различными структурными перестройками хромосом, либо с изменением их числа (n). Численные изменения в наборе хромосом (кариотипе ) могут быть двух типов: полиплоидии - умножение полного хромосомного набора (3n, 4n и т.д.), или генома, кратное гаплоидному числу хромосом (в литературе иногда обозначающиеся, как геномные мутации ); анеуплоидии - увеличение или уменьшение числа хромосом в наборе, некратное гаплоидному. Эти количественные изменения кариотипа обусловлены, как правило, нарушениями мейоза или митоза. Численные хромосомные аномалии в виде анеуплоидии делятся на моносомию (потерю хромосомы или её части - частичная моносомия) и трисомию или полисомию (приобретение одной/нескольких хромосом или её части - частичная трисомия). Данные изменения кариотипа связаны с комплексом врожденных пороков развития и, как правило, с заболеваниями, сопровождающимися умственной отсталостью, или тяжелыми психическими расстройствами. В настоящее время описаны случаи изменений хромосомного набора с участием половых хромосом и некоторых аутосом при шизофрении и аутизме. Например, до 5-15% детей с аутистическими расстройствами имеют хромосомные аномалии. Это позволяет рассматривать хромосомный дисбаланс в организме в качестве одной из возможных причин некоторых случаев психических болезней.

Структурные изменения могут затрагивать всю хромосому, а также сопровождаться изменением количества генетического материала в ядре или его перемещением. Сбалансированные хромосомные аномалии представляют собой перестройки, за счет которых возникают кариотипы с неизмененным набором генов, однако расположение их в пределах хромосом или между хромосомами отличается от нормального. В большинстве случаев носители сбалансированных хромосомных аномалий фенотипически нормальны, но для их потомства возникает большой риск иметь несбалансированный кариотип, но в отдельных случаях носители сбалансированного кариотипа могут иметь различные врожденные пороки и/или микроаномалии, а также нарушения нервно-психического развития. Если при структурных хромосомных мутациях наблюдается потеря или приобретение генетического материала, то они являются несбалансированными хромосомными аномалиями .

Цитогенетически структурные перестройки классифицируют по принципу линейной последовательности расположения генов: делеции (потеря хромосомных участков), дупликации (удвоение хромосомных участков), инверсии (перевертывание на 180° относительно нормальной последовательности хромосомных участков), инсерции (вставки хромосомных участков) и транслокации (изменение расположения хромосомных участков) хромосом.

Большое значение имеет изучение хромосомных мутаций, под действием факторов внешней среды. Показано, что хромосомы человека отличаются высокой чувствительностью к действию радиации и химических веществ, которые принято называть мутагенными факторами (мутагенами ). При анализе воздействия этих факторов следует различать нарушения в соматических и половых клетках. Первые затрагивают непосредственно жизнедеятельность исследуемого организма, тогда как вторые проявляются в последующих поколениях. Мутации хромосом в зародышевых клетках ведут к образованию аберрантных гамет, в результате которых возможны гибель зигот, эмбрионов на ранних стадиях внутриутробного развития, рождение детей со специфическими или неспецифическими хромосомными аномалиями, которые проявляются в виде определенной клинической картины или определенного фенотипа. Мутации хромосом в соматических клетках ведут к образованию неспецифичных хромосомных аномалий в виде хромосомных или хроматидных пробелов, разрывов, обменов в кариотипе, не ведущих к определенному фенотипу, характерному для определенного заболевания. Подобные мутации не наследуются. Следует отметить, что при изучении такого рода воздействия мутагенных факторов представляется возможным оценить качественно и количественно действие ионизирующей радиации, химических веществ, вирусов, но полученные данные не могут быть перенесены на половые клетки, результатом действия на которые являются хромосомные болезни у детей.

Хромосомные аномалии могут проявляться в так называемых мозаичных формах, к которым приводит неправильное деление клеток на различных стадиях эмбрионального и постнатального развития. Это позволяет разделить хромосомные аномалии на мозаичные и регулярные (аномальный кариотип наблюдается во всех клетках организма). Хромосомный мозаицизм представляет собой наличие нескольких популяций клеток с различным друг от друга хромосомным наборам. Как правило, при мозаичных формах хромосомных аномалий наблюдают отсутствие отдельных клинических признаков определенного хромосомного синдрома и более легкое течение заболевания, но некоторые симптомы практически всегда присутствуют. Мозаичные структурные хромосомные аномалии наблюдаются достаточно редко, поэтому, когда речь идет о мозаичных хромосомных аномалиях, имеются в виду, в основном, численные аномалии, мозаичные формы которых имеют достаточно высокую популяционную частоту. Следует также отметить феномен тканеспецифического хромосомного мозаицизма - клетки с аномальным хромосомным набором присутствуют только в определенной ткани организма.

Биохакер Джошуа Зайнер хочет создать мир, в котором любой человек способен и в праве экспериментировать со своей ДНК.

«У нас здесь немного ДНК и шприц», – говорит Джошуа Зайнер в комнате, полной синтетических биологов и других исследователей. Он наполняет иглу и вонзает её в кожу. «Это изменит мои мышечные гены, и даст мне больше мышечной массы».

Зайнер – биохакер, он экспериментирует с биологией в DIY, а не в обычной лаборатории, – выступил на конференции SynBioBeta в Сан-Франциско с докладом «Пошаговое руководство по генетическому изменению себя с помощью CRISPR», где в других презентациях участвовали академики в костюмах и молодые руководители типичных биотехнологических стартапов. В отличие от прочих, он начал своё выступление, раздавая образцы и буклеты, в которых объяснялись основы DIY генной инженерии.

Биохакер Зайнер выступил на конференции SynBioBeta с докладом «Пошаговое руководство по генетическому изменению себя с помощью CRISPR»

Если вы хотите генетически модифицировать себя, – это не обязательно сложно. Когда он предложил образцы в маленьких пакетиках толпе, Зайнер объяснил, что ему потребовалось около пяти минут, чтобы сделать ДНК, которую он привёз на презентацию. В пробирке был Cas9, фермент, который разрезает ДНК в определённом месте, ориентированном по направляющей РНК, в системе редактирования генов, известной как CRISPR. В этом примере он был разработан для выключения гена миостатина, который вырабатывает гормон, ограничивающий рост мышц и уменьшающий мышечную массу. В исследовании, проведённом в Китае , собаки с отредактированным геном имели удвоенную мышечную массу. Если кто-то из зрителей захотел попробовать, они могли взять пробирку домой и ввести его позже. Даже капая его на кожу, сказал Зейнер, вы получите эффект, хотя и ограниченный.

Зайнер имеет докторскую степень по молекулярной биологии и биофизике, он также работал научным сотрудником в НАСА по модификации организмов для жизни на Марсе. Но он полагает, что синтетическая биология для редактирования других организмов или себя может стать столь же простой в использовании, как, например, CMS для создания веб-сайта.

«Вам не нужно знать, какой промотор использовать чтобы заставить работать нужный ген или фрагмент ДНК, – говорит он, используя некоторые технические термины из генной инженерии. «Вы не хотите знать, какой терминатор использовать, или ориджин репликации… Инженер, программирующий ДНК, должен знать, как это сделать. Но единственное, что вам нужно знать, – так, я хочу, чтобы гриб был фиолетовым. Это не должно быть сложнее. Всё это вполне возможно – это просто создание инфраструктуры и платформы, чтобы любой мог это сделать».

Конечно, магазин приложений для генетического редактирования ещё не создан. Но немалое число биохакеров узнали достаточно, чтобы – порой необдуманно – экспериментировать над собой. Несколько человек, которых Зайнер знает, например, начали вводить себе миостатин. «Это происходит прямо сейчас», – говорит он. «Все эти вещи начали появляться буквально в последние несколько недель». Пока ещё рано говорить о том, улучшили ли инъекции экспериментаторов или вызвали проблемы, но некоторые надеются увидеть результаты в ближайшие месяцы.

Несмотря на проведённое в академических кругах время, Зайнер явно не является типичным исследователем и избегает идеи, что эксперименты должны ограничиваться лабораториями. Когда в НАСА он начал общаться с другими биохакерами через список рассылки, и узнал о проблемах тех, кто хотел делать DIY работу, – поставщиков было трудно найти, и они не всегда отправляли нужные заказы тем, у кого не было лаборатории, – он в 2013 году начал бизнес под названием The ODIN (Open Discovery Institute, and an homage to the Norse god), чтобы пересылать комплекты и инструменты людям, желающим работать в своём гараже или комнате. В 2015 году, решив покинуть НАСА, потому что ему не нравилось работать в их консервативной среде, он запустил успешную кампанию по сбору средств для набора DIY CRISPR.

«Единственное, что вам нужно знать, – так, я хочу, чтобы гриб был фиолетовым. Это не должно быть сложнее.»

В 2016 году он продал продуктов на сумму $200 000, включая набор для дрожжей, которые можно использовать для заправки светящегося биолюминесцентного пива , набор для обнаружения антибиотиков дома и полную домашнюю лабораторию по цене MacBook Pro. В 2017 году он ожидает удвоения продаж. Многие наборы просты, и большинство покупателей, вероятно, не используют их, чтобы изменить себя (многие комплекты идут в школы). Но Зайнер также надеется, что по мере получения новых знаний, люди будут экспериментировать более необычными способами.

Зайнер продает полную домашнюю лабораторию биохакинга примерно по цене MacBook Pro.

Если вы измените свою ДНК, вы можете затем секвенировать свой геном, чтобы увидеть, произошло ли изменение. Но эксперимент в гараже не может предоставить столько информации, сколько обычные методы. «Вы можете подтвердить, что вы изменили ДНК, но это не значит, что оно безопасно и эффективно», – говорит Джордж Чёрч, профессор генетики в Гарвардской Медицинской Школе (которая также выступает в качестве адвайзера компании Зайнера, признавая ценность биологически грамотной публики в веке биологии). «Всё, что он делает, – говорит вам, что вы сделали правильную работу, но это может быть опасно, потому что вы также изменили что-то ещё. Это может быть неэффективным в том смысле, что недостаточно клеток было изменено, или уже слишком поздно, и ущерб уже был нанесён». Если ребёнок рождается с микроцефалией, например, изменение генов в его теле, скорее всего, не повлияет на его мозг.

img

«Мы живём в невероятное время, когда мы изучаем очень многое в биологии и генетики благодаря CRISPR, но мы всё ещё многого не знаем о безопасности редактирования человеческих клеток с помощью CRISPR.»

Любой, кто хочет ввести себе модифицированную ДНК, рискует без достаточного количества данных или, возможно, любых реальных данных – о том, что может произойти, для принятия обоснованного решения. Это, наверное, само собой разумеется: не пытайтесь делать это дома. «Мы живём в невероятное время, когда мы изучаем очень многое в биологии и генетики благодаря CRISPR, но мы всё ещё многого не знаем о безопасности редактирования человеческих клеток с помощью CRISPR», – говорит Алекс Марсон, исследователь в области микробиологии и иммунологии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско и эксперт по CRISPR. «Очень важно, чтобы оно проходило через тщательные и проверенные тесты безопасности в каждом случае, и делалось ответственным образом».

В Германии биохакинг теперь вне закона, и человек, проводящий эксперименты за пределами лицензированной лаборатории, может получить штраф в размере €50 000 или три года в тюрьме. Всемирное антидопинговое агентство теперь запрещает все формы редактирования генов у спортсменов. Однако в США биохакинг ещё не регулируется. И Зайнер не считает, что вообще должен, он сравнивает опасения, что люди изучают, как использовать синтетическую биологию, с опасениями изучения, как использовать компьютеры, в начале 1980-х. (Он приводит интервью 1981 года, в котором Тед Коппел спросил Стива Джобса, есть ли опасность того, что люди окажутся под контролем компьютеров.) Зайнер надеется продолжать помогать как можно большему числу людей, становится более «грамотными в ДНК».

«Я хочу жить в мире, где люди генетически модифицируют себя. Я хочу жить в мире, где все эти классные вещи, которые мы видим в научно-фантастических телешоу, реальны. Может быть, я сумасшедший и глупый… но я думаю, наверное, это действительно возможно».

Вот почему, он сделал себе инъекцию перед толпой на конференции. «Я хочу, чтобы люди перестали спорить о том, можно ли использовать CRISPR или нельзя, нормально ли генетически модифицировать себя», – говорит он. «Уже слишком поздно: я сделал выбор за вас. Споры закончены. Давайте продолжим. Давайте использовать генную инженерию, чтобы помочь людям. Или дать им фиолетовую кожу».

С помощью CRISPR прямо сейчас происходит грандиозный прорыв в генной инженерии: ученые планируют скоро научиться избавлять нас навсегда от любых болезней, с перспективой любых контролируемых мутаций и вечной жизни.

На публикацию этого поста нас натолкнуло видео “CRISPR: редактирование генов изменит все и навсегда”, в котором рассказывается о переднем крае науки в части генной модификации человека: речь идет не просто об избавлении от болезней типа СПИД, рак и многие другие, но и о создании безупречного нового вида людей, людей со сверхспособностями и бессмертии. И это происходит прямо сейчас на наших глазах.

Все эти перспективы открываются благодаря недавнему революционному открытию белка CRISPR–Cas9, но обо всем по порядку.

Раньше считалось, что ДНК в каждой нашей клетке – абсолютно идентичны и содержат нашу точную и неизменную копию – какую клетку бы ни взять, но оказалось, что это не так: ДНК в разных клетках немного разные и они меняются в зависимости от разных обстоятельств.

Открытию белка CRISPR – Cas9 помогли наблюдения за выжившими после атаки вирусов бактериями.

Древнейшая война на земле

Бактерии и вирусы соперничают с начала жизни: вирусы-бактериофаги охотятся на бактерии. В океане они убивают 40% от общего числа бактерий каждый день. Вирус делает это, вставляя свой генетический код в бактерию и использует её в качестве фабрики.

Бактерии пытаются безуспешно сопротивляться, но в большинстве случаев их защитные механизмы оказываются слишком слабыми. Но иногда бактерии выживают. Тогда они могут активировать свою самую эффективную противовирусную систему. Они сохраняют часть ДНК вируса в своём генетическом коде, ДНК-архиве “CRISPR”. Здесь она хранится до необходимого момента.

Когда вирус снова атакует, бактерия создает РНК-копию из ДНК архива и
заряжает секретное оружие – белок Cas9. Этот протеин сканирует бактерию на предмет вмешательства вируса, сравнивая каждую часть найденного ДНК с архивом. Когда находится 100% соответствие, он активируется и отрезает ДНК вируса, делая его бесполезным, таким образом защищая бактерию.

Белок Cas9 сканирует ДНК клетки на предмет внедрения вируса и заменяет испорченную часть здоровым фрагментом.

Что характерно, Cas9 очень точен, словно ДНК хирург. Переворот произошел, когда ученые поняли, что система CRISPR программируема – можно просто дать копию ДНК, которую нужно изменить, и поместить систему в живую клетку.

Помимо точности, дешевизны и простоты использования, CRISPR позволяет включать и выключать гены живых клеток и изучать конкретные последовательности ДНК.
Этот метод также работает с любыми клетками, микроорганизмами, растениями, животными или людьми.

Ученые выяснили, что Cas9 можно программировать на любые замены в любой части ДНК – и это открывает практически безграничные возможности для человечества.

Болезням конец?

В 2015-м ученые использовали CRISPR для удаления вируса ВИЧ из клеток пациентов,
и доказали, что это возможно . Годом позже они провели более амбициозный эксперимент с крысами с вирусом ВИЧ в практически всех их клетках.

Учёные просто ввели CRISPR в их хвосты, и смогли удалить более 50% вируса из клеток по всему телу. Возможно, через несколько десятилетий CRISPR поможет избавиться от ВИЧ и других ретровирусов – вирусов, которые прячутся внутри человеческой ДНК, вроде герпеса. Возможно CRISPR сможет победить нашего худшего врага, рак .

Рак является результатом появления клеток, отказывающихся умирать и продолжающих делиться, попутно прячась от иммунной системы. CRISPR дает нам средство редактировать наши иммунные клетки и делать их лучшими охотниками на раковые клетки.

Возможно через некоторое время лечение от рака будет всего лишь парой уколов с несколькими тысячами ваших собственных клеток, созданных в лаборатории, чтобы вылечить вас навсегда.

Возможно через некоторое время вопрос лечения рака – вопрос пары уколов модифицированных клеток.

Первое клиническое испытание такой терапии на пациентах-людях было одобрено в начале 2016-го в США. Менее чем через месяц китайские ученые объявили, что будут лечить пациентов с раком легких иммунными клетками, модифицированными по этой же технологии, в августе 2016 . Дело быстро набирает обороты.

А еще есть генетические заболевания, тысячи их. Они разнятся от слегка раздражающих до крайне смертельных или приносящих годы страданий. С мощными инструментами вроде CRISPR однажды мы сможем покончить с этим.

Более 3000 генетических заболеваний вызываются единственной заменой в ДНК.
Мы уже создаем модифицированную версию Cas9, которая исправляет такие ошибки и избавляет клетку от заболевания. Через пару десятилетий мы может быть сможем навсегда уничтожить тысячи заболеваний. Однако у всех эти медицинских применений один недостаток – они ограничены одним пациентом и умрут вместе с ним, если мы не используем их на репродуктивных клетках или на ранней стадии развития плода.

CRISPR вероятно будет использоваться куда шире. Например для создания модифицированного человека, спроектированного ребенка. Это принесет плавные но необратимые изменения в человеческом генофонде.

Спроектированные дети

Средства изменения ДНК человеческого плода уже существуют,
но технология находится на раннем этапе развития. Однако, ее применяли уже дважды. В 2015-м и 2016-м эксперименты китайских ученых с человеческими эмбрионами достигли частичного успеха на второй попытке.

Они выявили гигантские трудности в редактировании генов эмбрионов, но множество ученых уже работают над решением этих проблем. Это то же самое, что и компьютеры 70-х: в будущем они станут лучше.

Вне зависимости от ваших взглядов на генную инженерию, она коснётся всех. Модифицированные люди могут изменить геном всего нашего вида, потому что их привитые качества будут переданы их детям, и через поколения медленно распространятся, медленно меняя генофонд человечества. Это начнется постепенно.

Первые спроектированные дети не будут сильно отличаться от нас. Скорее всего, их гены будут изменены для избавления от смертельных наследственных заболеваний.
По мере развития технологий все больше людей начнут думать, что неиспользование генетической модификации неэтично, потому что это обрекает детей
на страдание и смерть, которые можно предотвратить.

Как только первый такой ребенок родится, откроется дверь, которую уже не удастся закрыть. Сначала некоторые черты никто не будет трогать, но по мере роста одобрения технологии и наших знаний о генетическом коде, будет расти будет и соблазн.
Если вы сделаете свое потомство иммунным к болезни Альцгеймера, почему бы вдобавок не дать им улучшенный метаболизм? Почему бы до кучи не наградить их отличным зрением? Как насчет роста или мускул? Пышных волос? Как насчет дара исключительного интеллекта для вашего ребенка?

Огромные перемены придут как результат накопления личных решений миллионов людей.
Это скользкий склон, и модифицированные люди могут стать новой нормой. Пока генная инженерия становится все более привычной, а наши знания улучшаются, мы можем подойти к искоренению главной причины смертности – старения.

2/3 из примерно 150 000 человек, умерших сегодня, умерли по причинам, связанным со старением.

Сегодня считается, что старение вызывается накоплением повреждений в наших клетках
вроде разрывов ДНК или износа систем, ответственных за исправление этих повреждений.
Но есть также и гены, которые напрямую влияют на наше старение.

Генная инженерия и прочая терапия могли бы остановить или замедлить старение. Возможно даже обратить его вспять.

Типичная реакция на возможность вечной жизни (как и любой другой привычной сейчас, но революционной несколько сотен лет назад технологии).

Вечная жизнь и “люди икс”

Мы знаем, что в природе есть животные, которые не стареют. Может, мы могли бы занять у них пару генов. Некоторые ученые считают что однажды старение будет искоренено. Мы все равно будем умирать, но только не в больнице в 90 лет, а через пару тысяч лет, прожитых в окружении наших любимых.

Вызов огромен и, возможно, цель недостижима, но можно допустить, что люди, живущие сегодня, могут оказаться первыми, кто вкусит плоды анти-возрастной терапии. Возможно, нужно всего лишь убедить смышленого миллиардера в необходимости помочь решить эту большую проблему.

Если смотреть на это шире, мы могли бы решить множество задач с помощью специально измененных людей, например которые могли бы лучше справляться с высококалорийной едой, и избавиться от таких недугов цивилизации как ожирение.

Владея модифицированной иммунной системой с перечнем потенциальных угроз,
мы могли бы стать неуязвимыми для большинства заболеваний, преследующих нас сегодня. Ещё позже мы смогли бы создать людей для длительных космических перелетов и для адаптации к различным условиям на других планетах, что было бы крайне полезно для поддержания нашей жизни во враждебной вселенной.

Несколько щепоток соли

Есть несколько главных препятствий, технологических и этических. Многие почувствуют страх перед миром, где мы отсеиваем несовершенных людей, а потомство выбираем на основе того, что считается здоровым.

Но мы уже живем в таком мире. Тесты на десятки генетических заболеваний или осложнений стали нормой для беременных женщин во многих странах. Часто одно подозрение на генетический дефект может привести к прерыванию беременности.
Возьмем для примера синдром Дауна, один из самых распространенных генетических дефектов: в Европе около 90% беременностей с установленным наличием этого отклонения прерываются.

Генетический отбор в действии: уже сейчас синдром Дауна диагностируется на ранней стадии развития эмбриона и 90% беременности с этим диагнозом прерывается.

Решение о прерывании беременности является очень личным, но важно понимать, что мы уже сегодня отбираем людей, основываясь на состоянии здоровья. Нет смысла притворяться, что это изменится, поэтому нам необходимо действовать осторожно и этично, несмотря на растущую свободу выбора благодаря дальнейшему развитию технологий.

Однако, все это перспективы отдаленного будущего. Несмотря на мощность CRISPR, метод не лишен недостатков. Могут случиться ошибки при редактировании, неизвестные ошибки могут произойти в любой части ДНК и остаться незамеченными.

Изменение гена может достичь нужного результата и вылечить от заболевания, но вместе с этим спровоцировать нежелательные изменения. Мы попросту недостаточно знаем о сложных взаимосвязях наших генов, чтобы избежать непредсказуемых последствий.

Работа над точностью и методами наблюдения очень важна в предстоящих клинических испытаниях. И раз уж мы обсудили возможное светлое будущее, также стоит упомянуть и более мрачное видение. Представьте, что может страна вроде Северной Кореи сделать с таким уровнем технологий?

Важно, чтобы технология генной модификации не попала в руки тоталитарным режимам, которые гипотетически могут использовать ее во вред человечеству – например, создать армию генетически модифицированных солдат.

Может она навечно продлить свое правление с помощью принудительной инженерии? Что остановит тоталитарный режим от создания армии модифицированных суперсолдат?

Ведь это в теории возможно. Сценарии вроде этого лежат в далеком будущем, если они вообще возможны, но подтверждение работоспособности концепции такой инженерии уже существует. Технология и правда настолько могущественна.

Подобное может стать поводом для запрета инженерии и связанных с ней исследований, но это определенно было бы ошибкой. Запрет на генную инженерию человека только приведёт науку в области с такими правилами и законами, с которыми нам было бы не по себе. Только участвуя в процессе, мы сможем быть уверены, что исследование ведется с осторожностью, разумом, контролем и прозрачностью.

Мы можем исследовать и внедрять в человека любые генные модификации.

Заключение

Чувствуете беспокойство? Почти в каждом из нас есть какое-то несовершенство. Позволили бы нам существовать в подобном новом мире? Технология несколько устрашает, но нам есть что выиграть, да и генная инженерия может быть очередной ступенью в эволюции разумных видов жизни.

Возможно мы покончим с болезнями, увеличим продолжительность жизни на века и отправимся к звездам. Не стоит мелко мыслить, говоря о такой теме. Каким бы ни было ваше мнение о генной инженерии, будущее наступает несмотря ни на что.

То, что раньше было научной фантастикой, вскоре станет нашей новой реальностью.
Реальностью, полной возможностей и препятствий.

Вы можете также посмотреть непосредственно само видео:

Биохакер Джошуа Зайнер хочет создать мир, в котором любой человек способен и в праве экспериментировать со своей ДНК. Почему нет?

«У нас здесь немного ДНК и шприц», – говорит Джошуя Зайнер в комнате, полной синтетических биологов и других исследователей. Он наполняет иглу и вонзает её в кожу. «Это изменит мои мышечные гены, и даст мне больше мышечной массы».

Зайнер – биохакер, он экспериментирует с биологией в DIY, а не в обычной лаборатории, – выступил на конференции SynBioBeta в Сан-Франциско с докладом «Пошаговое руководство по генетическому изменению себя с помощью CRISPR», где в других презентациях участвовали академики в костюмах и молодые руководители типичных биотехнологических стартапов. В отличие от прочих, он начал своё выступление, раздавая образцы и буклеты, в которых объяснялись основы DIY генной инженерии.

Биохакер Зайнер выступил на конференции SynBioBeta с докладом «Пошаговое руководство по генетическому изменению себя с помощью CRISPR»

Если вы хотите генетически модифицировать себя, – это не обязательно сложно. Когда он предложил образцы в маленьких пакетиках толпе, Зайнер объяснил, что ему потребовалось около пяти минут, чтобы сделать ДНК, которую он привёз на презентацию. В пробирке был Cas9, фермент, который разрезает ДНК в определённом месте, ориентированном по направляющей РНК, в системе редактирования генов, известной как CRISPR. В этом примере он был разработан для выключения гена миостатина, который вырабатывает гормон, ограничивающий рост мышц и уменьшающий мышечную массу. В исследовании, проведённом в Китае, собаки с отредактированным геном имели удвоенную мышечную массу. Если кто-то из зрителей захотел попробовать, они могли взять пробирку домой и ввести его позже. Даже капая его на кожу, сказал Зейнер, вы получите эффект, хотя и ограниченный.

Зайнер имеет докторскую степень по молекулярной биологии и биофизике, он также работал научным сотрудником в НАСА по модификации организмов для жизни на Марсе. Но он полагает, что синтетическая биология для редактирования других организмов или себя может стать столь же простой в использовании, как, например, CMS для создания веб-сайта.

«Вам не нужно знать, какой промотор использовать чтобы заставить работать нужный ген или фрагмент ДНК, – говорит он, используя некоторые технические термины из генной инженерии. «Вы не хотите знать, какой терминатор использовать, или ориджин репликации… Инженер, программирующий ДНК, должен знать, как это сделать. Но единственное, что вам нужно знать, – так, я хочу, чтобы гриб был фиолетовым. Это не должно быть сложнее. Всё это вполне возможно – это просто создание инфраструктуры и платформы, чтобы любой мог это сделать».

Конечно, магазин приложений для генетического редактирования ещё не создан. Но немалое число биохакеров узнали достаточно, чтобы – порой необдуманно – экспериментировать над собой. Несколько человек, которых Зайнер знает, например, начали вводить себе миостатин. «Это происходит прямо сейчас», – говорит он. «Все эти вещи начали появляться буквально в последние несколько недель». Пока ещё рано говорить о том, улучшили ли инъекции экспериментаторов или вызвали проблемы, но некоторые надеются увидеть результаты в ближайшие месяцы.

Несмотря на проведённое в академических кругах время, Зайнер явно не является типичным исследователем и избегает идеи, что эксперименты должны ограничиваться лабораториями. Когда в НАСА он начал общаться с другими биохакерами через список рассылки, и узнал о проблемах тех, кто хотел делать DIY работу, – поставщиков было трудно найти, и они не всегда отправляли нужные заказы тем, у кого не было лаборатории, – он в 2013 году начал бизнес под названием The ODIN (Open Discovery Institute, and an homage to the Norse god), чтобы пересылать комплекты и инструменты людям, желающим работать в своём гараже или комнате. В 2015 году, решив покинуть НАСА, потому что ему не нравилось работать в их консервативной среде, он запустил успешную кампанию по сбору средств для набора DIY CRISPR.

«Единственное, что вам нужно знать, – так, я хочу, чтобы гриб был фиолетовым. Это не должно быть сложнее.»

В 2016 году он продал продуктов на сумму $200 000, включая набор для дрожжей, которые можно использовать для заправки светящегося биолюминесцентного пива, набор для обнаружения антибиотиков дома и полную домашнюю лабораторию по цене MacBook Pro. В 2017 году он ожидает удвоения продаж. Многие наборы просты, и большинство покупателей, вероятно, не используют их, чтобы изменить себя (многие комплекты идут в школы). Но Зайнер также надеется, что по мере получения новых знаний, люди будут экспериментировать более необычными способами.

Зайнер продает полную домашнюю лабораторию биохакинга примерно по цене MacBook Pro.

Он задаёт вопрос, являются ли традиционные методы исследования, такие как рандомизированные контролируемые испытания, единственным способом сделать открытия, указывая на то, что в новой персонализированной медицине (такой как иммунотерапия рака, которая персонализирована для каждого пациента), размер выборки одного человека имеет смысл. В своём выступлении он утверждал, что люди должны иметь возможность самостоятельно экспериментировать, если захотят; мы меняем нашу ДНК, когда пьём алкоголь или курим сигареты, или дышим грязным городским воздухом. Многие действия, санкционированные обществом, более опасны. «Мы жертвуем, возможно, миллион людей в год автомобильным богам» – сказал он. «Если вы спросите кого-нибудь: "Не могли бы вы избавиться от автомобилей?" – нет.» (Зайнер экспериментировал по-разному, включая экстремальную пересадку фекалий DIY, которая, по его словам, вылечила его проблемы с пищеварением, он также помогает больным раком с DIY иммунотерапией).

Если вы измените свою ДНК, вы можете затем секвенировать свой геном, чтобы увидеть, произошло ли изменение. Но эксперимент в гараже не может предоставить столько информации, сколько обычные методы. «Вы можете подтвердить, что вы изменили ДНК, но это не значит, что оно безопасно и эффективно», – говорит Джордж Чёрч, профессор генетики в Гарвардской Медицинской Школе (которая также выступает в качестве адвайзера компании Зайнера, признавая ценность биологически грамотной публики в веке биологии). «Всё, что он делает, – говорит вам, что вы сделали правильную работу, но это может быть опасно, потому что вы также изменили что-то ещё. Это может быть неэффективным в том смысле, что недостаточно клеток было изменено, или уже слишком поздно, и ущерб уже был нанесён». Если ребёнок рождается с микроцефалией, например, изменение генов в его теле, скорее всего, не повлияет на его мозг.

«Мы живём в невероятное время, когда мы изучаем очень многое в биологии и генетики благодаря CRISPR, но мы всё ещё многого не знаем о безопасности редактирования человеческих клеток с помощью CRISPR.»

Любой, кто хочет ввести себе модифицированную ДНК, рискует без достаточного количества данных или, возможно, любых реальных данных – о том, что может произойти, для принятия обоснованного решения. Это, наверное, само собой разумеется: не пытайтесь делать это дома. «Мы живём в невероятное время, когда мы изучаем очень многое в биологии и генетики благодаря CRISPR, но мы всё ещё многого не знаем о безопасности редактирования человеческих клеток с помощью CRISPR», – говорит Алекс Марсон, исследователь в области микробиологии и иммунологии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско и эксперт по CRISPR. «Очень важно, чтобы оно проходило через тщательные и проверенные тесты безопасности в каждом случае, и делалось ответственным образом».

В Германии биохакинг теперь вне закона, и человек, проводящий эксперименты за пределами лицензированной лаборатории, может получить штраф в размере €50 000 или три года в тюрьме. Всемирное антидопинговое агентство теперь запрещает все формы редактирования генов у спортсменов. Однако в США биохакинг ещё не регулируется. И Зайнер не считает, что вообще должен, он сравнивает опасения, что люди изучают, как использовать синтетическую биологию, с опасениями изучения, как использовать компьютеры, в начале 1980-х. (Он приводит интервью 1981 года, в котором Тед Коппел спросил Стива Джобса, есть ли опасность того, что люди окажутся под контролем компьютеров.) Зайнер надеется продолжать помогать как можно большему числу людей, становится более «грамотными в ДНК».

«Я хочу жить в мире, где люди генетически модифицируют себя. Я хочу жить в мире, где все эти классные вещи, которые мы видим в научно-фантастических телешоу, реальны. Может быть, я сумасшедший и глупый… но я думаю, наверное, это действительно возможно».

Вот почему, он сделал себе инъекцию перед толпой на конференции. «Я хочу, чтобы люди перестали спорить о том, можно ли использовать CRISPR или нельзя, нормально ли генетически модифицировать себя», – говорит он. «Уже слишком поздно: я сделал выбор за вас. Споры закончены. Давайте продолжим. Давайте использовать генную инженерию, чтобы помочь людям. Или дать им фиолетовую кожу».