Что нужно знать о редактировании генома
Новейшие способы лечения позволяют избавиться от рака и вернуть зрение, но стоят очень дорого
Технология редактирования генома CRISPR/Cas9. Фото: youtube.com
Некоторым из рожденных незрячими теперь достаточно сделать по уколу в каждый глаз: в течение года их зрение восстановится. Генную терапию, которая избавляет от редкого вида наследственной слепоты, в декабре официально разрешили в США: во время клинических испытаний лекарство под названием Luxturna сработало на 18 пациентах из 20. А в январе стала известна цена лечения: $850 тысяч, то есть по $425 тысяч за укол.
За несколько месяцев до того генной терапией разрешили лечить рак крови: два разных препарата из собственных клеток пациента, Kymriah и Yeskarta, американский минздрав одобрил в августе и ноябре. Подмена ДНК у пациентов – а генная терапия сводится именно к этому – оказалась пригодной даже для того, чтобы вернуть кожу семилетнему ребенку, оставшемуся без 60% кожи из-за мучительной врожденной болезни.
Как это работает?
В ДНК у человека три миллиарда букв генетического кода, но чтобы испортить жизнь, достаточно одной-двух опечаток в неудачном месте. Врожденная слепота, которую научились лечить, – именно такой случай. Ее вызывает опечатка в одном-единственном гене RPE65. Буква R в аббревиатуре от слова «retina», сетчатка: этот ген включается в клетках, которые выстилают глазное дно, и отвечает за производство важной белковой молекулы. Она участвует в цепочке биохимических реакций, которые запускают в глаз свет. Если ребенку не повезло и от обоих родителей ему досталось по испорченной копии гена, цепочка реакций будет обрываться на полпути, и реагировать на свет глаз не сможет.
За генной терапией стоит понятная идея: если обе копии гена сломаны, давайте положим рядом еще одну копию – исправную. Генетики пользуются тем фактом, что клетка – довольно неразборчивый копировальный аппарат. Какая бы ДНК ни оказалась в ядре клетки, биохимический конвейер примет ее не глядя, начнет ее копировать и синтезировать белки по записанным там инструкциям. Вирусы этим пользуются: проникают в клетку, чтобы она начала штамповать их дубликаты из собственных материалов.
Можно ли вмонтировать в какой-нибудь вирус копию работающего гена, чтобы он доставил полезную ДНК в клетку вместе со своей собственной? Так генетики и поступают. ААВ, адено-ассоциированный вирус, который чаще прочих используют при генной терапии, сравнительно безобидный родственник тех вирусов, которые вызывают у нас ОРВИ. Так что укол за $425 тысяч, как бы пугающе это ни звучало, впрыскивание генно-модифицированного вируса с человеческой ДНК, который делает самого человека генно-модифицированным.
Заменять поломанный ген можно не только здоровой копией, можно внедрять и такую ДНК, которая в природе не встречается. Например, для борьбы с раковыми клетками. Иммунная система человека умеет распознавать и атаковать бактерии и червей-паразитов, а против раковых клеток бессильна. Если только не натренировать ее специально видеть в них мишень.
За распознавание мишеней отвечают T-лимфоциты, у которых на поверхности есть специальные белки-рецепторы, подходящие к чужим белкам, как ключ к замку. Если ключ нашел свой замок, то есть T-лимфоцит обнаружил врага, он бьет тревогу, и начинается атака. Чтобы этот механизм срабатывал и против рака, у человека берут T-лимфоциты и в лаборатории встраивают в них новую ДНК. В итоге T-лимфоцит отращивает у себя на поверхности распознаватели раковых клеток – химерные антигенные рецепторы(CAR, от англ. chimeric antigen receptors). Химерные они потому, что склеены, как монстры с головой быка, телом крылатого льва и змеиным хвостом, из деталей разных организмов. В конструкции рецептора есть «распознающий участок», «шарнир», «спусковой крючок» и другие запчасти, позаимствованные у природных белков разного происхождения.
Почему так дорого?
В ноябре 2014 года в Университете Тафтса сосчитали: чтобы вывести одно новое лекарство на рынок, фармацевтическая компания тратитв среднем $2,6 млрд. Сюда входят расходы на оформление бумаг и разрешений плюс зарплата ученых, которые лекарство придумали. На один удачный препарат приходятся сотни неудачных кандидатов в лекарства – и на каждый уходят месяцы и годы разработки и клинических испытаний, прежде чем станет ясно, сработает он или нет.
Если это препарат вроде аспирина, которым пользуются сотни миллионов человек, то они и компенсируют все расходы, покупая в аптеках блистеры с таблетками по сто рублей.
А вот все виды генной терапии, уже одобренные в Америке и Европе, рассчитаны пока на относительно редкие болезни, и оплачивать всю разработку придется нескольким тысячам пациентов.
Разновидность врожденной слепоты, от которой лечит Luxturna, называется амавроз Лебера, и с этой болезнью появляется на свет один новорожденный из 40 тысяч. Мутации в гене RPE65 не единственные, которые приводят к такому диагнозу (болезнь одна, а генов много), поэтому лекарство годится только для нескольких процентов больных. Компания Spark Therapeutics, которая выпустила лекарство, попробовала сосчитать, сколько у них потенциальных пациентов: 2000 в США, 6000 во всем мире – если учитывать только страны, где есть платежеспособные пациенты.
У авторов противораковой терапии Yescarta (ценой $373 тысячи) в результате похожих подсчетов получилось, что их препарат в течение года понадобится семи с половиной тысячам больных. А создатели Kymriah ($475 тысяч) планируют помогать за год всего шестистам пациентам. Препарат предназначен исключительно для детей и подростков, больных острым лимфобластным лейкозом; взрослых болезнь не поражает.
Врачи не рассчитывают, что каждый раковый больной (или его родители) в состоянии выложить всю сумму из своего кармана – скорее расчет на страховые компании. Что не делает лечение ни бесплатным, ни просто дешевым для пациента: в США большая часть страховых планов уже сейчас предполагает, что пациент оплачивает часть цены медицинских услуг (например, 20%) из своих средств.
Сама идея, что 300, 400 или 800 тысяч долларов за излечение от рака это дорого, не такая бесспорная, если сравнить с тем, сколько платят за лечение раковые больные сейчас. Типичная операция при лейкемии – пересадка костного мозга – в США обходится в $350–800 тысяч. Два-три года химиотерапии тоже обходятся в несколько сотен тысяч долларов.
Что будут лечить генной терапией через 10 лет?
Появление лекарств, которые разрешили применять только что, можно было предсказать еще лет десять назад. Препарат от врожденной слепоты, вызванной дефектом гена RPE65, одобрили в декабре 2017-го, а заявку на первую фазу клинических испытаний такого препарата подавали еще в 2009 году. У лекарств долгий цикл разработки, поэтому революционные биологические открытия, о которых мы читаем в научных новостях сейчас, как раз лет через десять превратятся во что-нибудь осязаемое на полке в аптеке.
Большие надежды связывают с методом редактирования генома CRISPR-Cas9, который позволяет точечно изменять ДНК прямо в клетке. На людях его опробовали только в 2016 году. Старый метод генной терапии – внедрять новый кусок полезной ДНК с помощью вируса – позволяет только добавлять функции, а CRISPR – еще и вырезать вредные гены, которые отвечают, например, за развитие рака, или дезактивировать ретровирусы вроде ВИЧ. Правда, широкое использование этого метода редактирования станет и вопросом этичности. С его помощью можно «отредактировать» внешность ребенка при искусственном оплодотворении. Пока же CRISPR не используют ни в одной клинике, но собираются в близком будущем применять чуть ли не против каждой второй болезни. Но эти методы генной терапии одобрят не раньше 2020-х.
Еще одна надежда – химерные антигенные рецепторы CAR-T. Генная терапия рака пока не умеет бороться с солидными (то есть твердыми) опухолями. Медики надеются, что CAR-T можно будет переориентировать и на них. Только рак груди, рак легких и рак простаты, вместе взятые, убивают в 10 раз больше людей, чем лейкемия, – поэтому если вдруг появятся препараты против них, то и роль генной терапии, и вопрос ее цены приобретут совершенно другой масштаб.
Что об этом почитать и посмотреть
- Siddhartha Mukherjee. The Gene: An Intimate History. Автор получил Пулитцеровскую премию за книгу «Рак. Император всех болезней» – прежде всего за понятное описание природы рака на уровне клетки. «The Gene» – это книга не про генную терапию в чистом виде, а про ее контекст: как биологи с 1970-х годов превращают ДНК из природной молекулы в рабочий инструмент
- A Cure for Cancer? How CAR-T Therapy is Revolutionizing Oncology– научно-популярный сайт про биотехнологии сделал подробный и доступный разбор, как работают химерные антигенные рецепторы, на которых основана противораковая генная терапия.
- How CRISPR lets us edit our DNA – лекция Дженнифер Дудны, которая много лет исследует CRISPR.
Борислав Козловский Редактор раздела «Наука» Colta.ru