Добрий день. Сьогодні я буду розповідати про кілька принципово важливих біотехнологій. Почну я з розповіді про найпопулярнішу технологію, яка називаються CRISPR / Cas9, і про сенсації, які з нею пов'язані. Потім я розповім про те, які ще бувають біомедичні технології в майбутньому і сьогоденні.
CRISPR / Cas9 - технологія, яка вже увійшла в наше життя, є генетично модифіковані організми, зроблені з її допомогою, вони проходять за спрощеною системою реєстрації в західних країнах, наприклад такі гриби, які темніють на повітрі. Нещодавно зробили ще помідор, який не вимагає самозапилення. Можна зробити генетично модифікованих людей. А поки що людей не зробили, але зробили генетично модифіковані ембріони. Перші роботи були зроблені за допомогою цієї технології CRISPR / Cas9 в Китаї. Зараз у Великобританії дозволено проводити подальші дослідження цієї технології. Питання про створення генетично модифікованих людей це просто питання часу, я думаю, років десяти. Ця технологія дозволила зробити те, що називається мутагенна ланцюгова реакція. Це спосіб обійти закон спадковості Менделя. Тобто зазвичай ми передаємо своїм нащадкам тільки частина деяких своїх генів, але можемо зробити таку генетичну модифікацію, яка буде передаватися всім його нащадкам. Той ген, який ми переносимо, він може перескочити з батьківською хромосоми на материнську, з материнською на батьківську, і таким чином, дістається всім нащадкам організму - це дозволяє нам займатися генною інженерією і населенням. Ми можемо зробити так, що деякі гени в організмі починають працювати після того, як ми посвят тім на них світлом, тобто оптогенетіческое управління генами організму. І ми можемо зробити так, щоб змінювалися гени, після того як ми посвітили на них світлом певної довжини хвилі, теж завдяки технології CRISPR / Cas9.
У чому вона полягає? Вона була запозичена людьми у бактерій, у яких є така система противірусного імунітету. Тут показаний вірус [показує слайд - прим. ]. У правому верхньому кутку показано, як вірус впорскує свою ДНК в бактеріальну клітину, і потім бактерія може взяти шматочок цієї ДНК і вбудувати її в спеціальне місце в своєму геномі, який називається CRISPR касета. І ось там різним кольором показані різні фрагменти вірусів, з якими бактерія і її предки стикалися протягом своєї еволюційної історії. Це таке своєрідне поповнення бази даних противірусної пам'яті у цієї бактерії. Потім бактерія вміє створювати одноцепочечниє копії ось цих вірусних фрагментів у великій кількості. У неї є спеціальний білок, який називається Cas9, він бере такі фрагменти, і, подібно до того, як поліцейські за відбитками пальців шукають злочинця, вона бере ці фрагменти вірусів і шукає повноцінні віруси всередині бактерії і їх знищує. Краса цієї штуки полягає в тому, що якщо ви підсуне цього білка Cas9, цього поліцейському, інші відбитки пальців, тобто інші послідовності цих РНК, то ви можете змусити його розрізати ДНК в будь-якому потрібному вам місці. Тобто ви можете цю систему програмувати. І завдяки цьому ми можемо її використовувати не тільки в тих випадках, які я вже назвав, а й, наприклад, для створення стійких до вірусів бактерій, а вже організмів інших груп, наприклад рослин, стійких до вірусів, або навіть клітини людини, стійкі до такого вірусу, як вірус імунодефіциту людини. Особливість цього вірусу полягає в тому, що він вміє свій генетичний матеріал вбудовувати в наші клітини - клітини імунної системи і, таким чином, у них може існувати. Вже зроблені в пробірках на культурі людських клітин такі клітини, в яких цей ВІЛ вирізається, тобто він не може їх заразити. В майбутньому це дозволити нам створити принципово нові підходи до лікування ВІЛ-інфекції, а може бути навіть і до її профілактики. Якщо ми вміємо робити дуже точкові розрізи в ДНК, то ми можемо робити і дуже точкові ставки, тому що, якщо ви зробили розріз, туди можна щось вбудувати, і таким чином ці технології використовуються для створення генетично модифікованих клітин людини, тварин, рослин , бактерій, грибів і всього, що захочете.
Я розповім декілька прикладів того, що взагалі генна інженерія, не обов'язково за допомогою CRISPR / Cas9, а й інших методів, дозволяє робити з тваринами. Зліва ви бачите накочену мишку, вона генетично модифікована, в неї вимкнули ген, який кодує білок миостатин, цей білок обмежує зростання м'язової маси, і ось ми можемо створювати СУПЕРСИЛЬНОЇ мишей. Я не знаю, чи будуть СУПЕРСИЛЬНОЇ люди в найближчому майбутньому, але теоретично технологія існує, і ми могли б це зробити.
Можна зробити гуманізувати тварин. Гуманізувати тварини - це тварини, у яких частина генів або частина клітин спочатку людського походження. Наприклад, у людини є такий ген, який кодує білок під назвою FOXP2. Він важливий, тому що мутація в цьому гені призводить до порушень людської мови. Можна взяти мишку (і це було зроблено) і її варіант цього гена, який відрізняється від людського, замінити на людський. Звичайно ж, мишка не заговорила, але виявилося, що вона краще справляється з деякими інтелектуальними завданнями. Це завдання фундаментальної науки, але ми можемо використовувати гуманізувати тварин і в практичних медичних цілях. Наприклад, створюють генетично модифікованих мишей, які від народження не мають імунної системи, а потім переносять в них клітини імунної системи людини. І тоді таких мишей можна заражати, наприклад, тим же вірусом імунодефіциту людини, який в нормі мишей заражає, і вивчати, як цей вірус знищує клітини, відповідно, ставити на них експерименти, перевіряти, які ліки ефективніше захищають від вірусу і т.д .
Чи можна зробити людину-павука? Я думаю, це питання всіх хвилює. Людини-павука поки не зробили, але зробили козу-павука. Виглядає вона, звичайно ж, як звичайна коза, але в її молоці виробляється павутина, тому що павутина - це білок, а у павука є ген, який кодує цей білок, можемо перенести його в козу, щоб в молоці проводився цей білок. Матеріал, який отримують з цих кіз, отримав назву «біосталь», його розробляє канадська компанія Нексиа. Є дві ідеї, для чого це може бути потрібно. По-перше, цей матеріал міцніше і легше кевлара, тому можна використовувати теоретично для створення бронежилетів, а ще він дуже хороший для створення біоразлагающейся хірургічних ниток по своїй міцності і биоразлагаемости.
Але чи можемо ми змінити гени вже дорослого організму? Зрозуміло, що у нас є трильйони клітин, кожну клітину генетично змінити складно. Але є люди, які страждають від генетичних захворювань, яким хотілося б допомогти. І, як не дивно, тут нам на допомогу приходять віруси. Тому що віруси вміють заражати деякі наші клітини, вміють доставляти в них генетичний матеріал. І часто нам для виправлення дефекту не потрібно виправляти всі клітини людини, а можна виправити частина з них. Наприклад, є захворювання гемофілія, при якому погано згортається кров. Це пов'язано з тим, що клітини печінки не виробляють в достатній кількості певний фактор згортання крові. Ми можемо взяти вірус, який в нормі заражає клітини печінки, позбавити його від шкідливого генетичного матеріалу і замінити цей генетичний матеріал, залишивши від нього тільки оболонку, яка, власне, потрібна для проникнення в клітину. Помістити в цю оболонку ген справний, який кодує фактор згортання крові. І тоді ми вколюємо такий вірус пацієнтам, він знаходить цей вірус клітини печінки, вносить в них генетичний матеріал. І хоча повного одужання у людей поки що ще не спостерігалося в клінічних дослідженнях, але у них починає з'являтися свій власний фактор згортання крові в деякому хай не достатній, щоб бути здоровими, але достатній, щоб зменшити симптоми захворювання в кількості. Подібна генна терапія зараз дуже активно входить в практику.
Дуже важливий білок, який був утилізований людьми і знайдений у водоростей, називається каналородопсін. Це білок, який вміє реагувати на світло. Коли в нього потрапляє синій колір, він виступає в ролі такого каналу, ось зверху зовнішня частина клітини, знизу - внутрішня частина клітини, і у відповідь на світло білок пропускає всередину клітини іони натрію. Для водоростей, у яких в нормі цей білок зустрічається в природі, це деякий сигнал, що ось світло, потрібно фотосинтезировать. Але якщо ми цей білок перенесемо в нервову клітину ссавця, то ми отримаємо світло-активована нервову клітину, тому що для нервової клітини цей сигнал - з входом іонів натрію - це сигнал як активація до передачі генерації нервового імпульсу. І таким чином ми можемо створювати світло-активуються нервові клітини і вивчати, як працює мозок, що станеться, якщо така-то клітина активується. А можемо використовувати це і для лікування деяких захворювань. Поки що це зроблено на щурах. Є хвороба, при якій руйнується сітківка. Ось тут у нас розташовані колбочки і палички [показує на слайд - прим. ] - це клітини, які в нормі реагують на світло. А перед ними розташовані гангліозних клітини - вони узагальнюють сигнал від цих клітин і передають їх далі в мозок, і буває, що ці клітини гинуть. Тоді вчені придумали наступне: взяли щурів, у яких ці клітини загинули, і перенесли за допомогою вірусів ось в ці клітини гени світлочутливих білків каналородопсінов і отримали щурів, які можуть орієнтуватися в просторі без колб і паличок. Вони стали краще проходити через лабіринт. Це ще не повноцінний зір, але це істотне поліпшення попередньої ситуації.
Найцікавіші досліди з допомогою ось цього підходу (називається оптогенетіческій) були зроблені вченим Сусуму Тонегава на гризунах, яким він зраджував пам'ять. Експеримент полягав в наступному: створювалися генномодифіковані гризуни, у яких, якщо їм не давати певні ліки, ті нервові клітини, які у них активні в мозку в певний момент часу, вони починають виробляти каналородопсін і стають міченими, тобто стають світло-активуються. Їх від народження тримають на деякому ліки, які заважає цьому процесу, а потім їх знімають з цих ліків і поміщають в деяку кімнату, умовно червону. І ті клітини, які були активні, поки миша була в цій кімнаті, виявляються поміченими. Потім цю мишу переносять в іншу кімнату, і в іншій кімнаті їх одночасно б'ють струмом і світять їм в ту область мозку, яка, ймовірно, пов'язана з визначенням місця розташування в просторі. І такі миші після цього починають боятися тієї кімнати, де їх ніколи струмом не били. Подібні експерименти робили і з позитивними стимулами. Це говорить нам про те, що пам'ять це не якесь властивість душі, а цілком така матеріальна штука, яку вже вчені вміють нехай і на простих моделях, але вже змінювати.
Ще одна область використання генної інженерії - це боротьба з онкологічними захворюваннями. Тут одна з найцікавіших розробок - це створення клітин імунної системи людини, які вміли б розпізнавати певні типи ракових клітин. Зазвичай у пацієнта беруть його власні клітини імунної системи, поміщають їх в пробірку, там з ними роблять необхідні генні модифікації, після чого ці клітини повертають пацієнтові, і ці клітини борються з раком. Це вже дійшло до стадії клінічних досліджень, в яких є позитивні результати, і я думаю, що років через 10-20 всі це увійде в більш широку практику. Ось тут приклад дівчинки, яку вилікували за допомогою схожої технології від лейкемії. Історія особлива, тому що для лікування використовували клітини не з неї самої, а деякі універсальні клітини, які підходять великій кількості реципієнтів. Тобто років через 20-30 можна собі уявити, що ліки не від усіх, але від деяких типів раку буде виглядати у вигляді клітинної ін'єкції, яку можете купити в певній компанії, просто вам її вводять, і після цього рак йде. Не всі раки так будуть лікуватися, але деякі цілком.
Є питання старіння. Що ми можемо тут зробити за допомогою генної інженерії. Коли молекула ДНК подвоюється, так вона влаштована так, що вона з кінчиків трошки коротшає. І для того щоб це укорочення не торкнулося важливі гени, які розташовані в хромосомах, у хромосом є такі захисні ділянки на боках, які називаються теломери. І вони коротшають, у міру того як організм старіє. Якщо ви візьмете клітини старого організму, то у них теломери будуть коротшими, ніж у молодого. Це не єдиний фактор старіння, але він теж вважається важливим. І є клітини в нашому організмі, в яких не відбувається укорочення, тому що у них є спеціальний фермент, який називається теломераза, і він вміє добудовувати ці кінчики теломер до їх повноцінної довжини. І ось виникла ідея - а що якщо ми візьмемо віруси і за допомогою вірусів цю теломерази доставимо в самі різні клітини старіючого організму. Це зробили на гризунах і отримали приблизно на 20% продовження їм життя. Очікували, що ці гризуни будуть частіше хворіти на рак, тому що теломераза сприяє поділу клітин, але вони частіше рак не хворіли. Ось такий цікавий результат, залишається тільки дослідження провести на людях, а може бути, і людям це теж допоможе, хоча не гарантоване.
Ще одна біотехнологія, яка здається мені дуже важливою, - це клонування. Ви пам'ятаєте про овечку Доллі. Що таке клонування? У нас є донор яйцеклітини - вівця, вона дає свою яйцеклітину, з яйцеклітини виймають ядро, і виходить порожня яйцеклітина. Далі, це прародителька овечки Доллі. З неї беруть клітку доросле, тобто з набором хромосом материнського і батьківського походження, з подвійним набором хромосом, виймають ядро і його переносять в порожню яйцеклітину. І так виходить, що така яйцеклітина з ядром починає розвиватися як ембріон. Такий ембріон потрібно просто перенести сурогатної вівці, і ви отримуєте з неї овечку Доллі, вона народжується. Насправді це не перше клонування, яке відбулося. Було щось дуже схоже зроблено вУкаіни, в лабораторії вченого на прізвище Чайлахян. Вони зробили майже те ж саме, тільки з мишкою, її звали мишка Машка. Вони брали клітини не з дорослого організму, а з ембріона. В принципі, технологія приблизно та ж сама.
І що цікаво, що таке подобу клонування вже використовується в медичних цілях. Ви, напевно, чули про дітей від трьох батьків. Історія пов'язана з тим, що є генетичний матеріал не тільки в ядрі, де материнські і батьківські хромосоми, але ще є мітохондрії - у них є своя ДНК, своя клітинна мембрана, вони плавають в цитоплазмі. І буває так, що ці мітохондрії пошкоджені. І оскільки вони передаються тільки по материнській лінії, то якщо у матері є ця мітохондріальна хвороба, то все її нащадки будуть хворими. І для того щоб вилікувати це захворювання, беруть ембріон, який можна отримати найпростішим класичним способом (тато, мама заводять ембріон), з нього виймають ядро і його переносять в яйцеклітину зі здоровими мітохондріями, які надала здорова друга мама. Її внесок генетичний буде менше, ніж у першій мами, але теж цілком суттєвий. І потім таку клітину переносять тієї найпершої мамі, і вона народжує здорову дитину. Ось приклад посередині - дівчина, яка була народжена за допомогою цієї технології, з нею все в повному порядку. У якийсь момент цю технологію забороняли, і таких дітей більше не з'являлося. Нещодавно її знову дозволили. Технологія клонування дуже корисна, тому що якщо ви зробите клітку, яка буде мати змінені гени, то ви можете з цієї клітки, яку ви отримали, перенести ядро в яйцеклітину і далі клонувати і отримати з неї генномодифіковані організм. Одна з речей, яку можна зробити, наприклад, воскресити вимерлий вид, як це пропонує зробити вчений Джордж Черч (це дуже відомий біотехнолог) з мамонтом. Одне з передбачуваних місць (теоретичних поки що), де могли б розвести мамонтів, це у нас вУкаіни зробити плейстоценовий парк. Щоб клонувати мамонта, хотілося б, звичайно, мати здорову клітину мамонта, з якої можна було б просто взяти ядро, перенести в яйцеклітину слона і отримати мамонтеня. Але здорової клітини поки що ми знайти не змогли. Але є геном мамонта, ДНК його збереглося, тому ми можемо піти по обхідному шляху - можемо взяти клітину слона, одну за одною вносити туди мутації, які наближають клітку слона до клітки мамонта, а потім перенести ядро з цієї клітини в яйцеклітину слона, і народиться мамонтеня. Але якщо ми це можемо зробити з мамонтом, то ми могли б зробити і неандертальця. До питання про те, як далеко сучасні біотехнології могли б зайти в тому, щоб змінити людину. У неандертальців був більший мозок, ми їх вбили свого часу, ми можемо їх воскресити. Так що, нові ліки від раку, нові ліки від вірусів і неандерталець. Дякуємо за увагу.