Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком - Зерницка-Гетц Магдалена

Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли и Эммануэль Шарпантье из Университета Умео в Швеции умудрились трансформировать бактериальную систему CRISPR-Cas9 в простой программируемый инструмент для редактирования генома. Это было выдающееся открытие.

Здесь тоже не обошлось без опасений. Одно из них касается «эффектов мимо цели», когда ДНК разрезается в ненужном месте [53]. Чтобы не допустить подобное и улучшить попадание в цель, были разработаны новые варианты Cas9 [54]. Однако и в нужном месте редактирование может быть неточным. И даже попав в цель и аккуратно отредактировав, можно спровоцировать у некоторых людей иммунный ответ [55].

В США национальные академии наук, инженерии и медицины призывают к осторожности, но подчеркивают, что «предостережение не означает запрещение» [56]. В случае зародышевых линий они рекомендуют редактировать только те гены, которые приводят к тяжелым заболеваниям, и только при отсутствии других подходящих методов лечения.

В ноябре 2018 года Хэ Цзянькуй из Южного университета науки и техники в Шэньчжэне, Китай, нагнал на всех ужас, когда выяснилось, что он предположительно создал первых генномодифицированных детей. Он описал, как с помощью CRISPR/Cas9-технологии изменил гены, кодирующие рецептор, необходимый для проникновения ВИЧ (вирус, который вызывает СПИД) в белые кровяные клетки. Однако этот случай является примером плохой науки и плохой этики, поскольку существуют противоречивые предположения о вероятных молекулярных процессах и последствиях геномного редактирования [57]. Бен Хёрблут отмечает, что данная ситуация «создает возможность и насущную потребность внесения изменений в глобальное управление наукой» [58].

Что касается моей области, геномное редактирование способно улучшить наши представления о работе генов. С его помощью мы изучаем влияние генов на развитие мышиных эмбрионов. Этот метод используется и для человеческих эмбрионов, и первая лицензия на проведение таких экспериментов выдана Управлением по оплодотворению и эмбриологии человека моей коллеге Кэти Ниакан из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне.

Чтобы проверить принцип действия, Кэти устранила с помощью геномного редактирования экспрессию гена ОСТ4, о котором мы говорили ранее и который важен для развития плюрипотентности клеток. В результате выяснилось, что ОСТ4 нужен человеческому эмбриону для того, чтобы правильно сформировать бластоцисту, а мышиному — для создания эпибластной линии плюрипотентных клеток в бластоцисте. Это подчеркивает ценность мышиных эмбрионов как модельных систем и одновременно демонстрирует, почему для понимания развития человека надо исследовать именно человеческие эмбрионы.

Это исследование, опубликованное в Nature, является важной вехой; впервые геномное редактирование было использовано для изучения функции генов человеческих эмбрионов [59]. Разобравшись в том, какие гены критически важны для успешного эмбрионального развития, мы сможем установить причины выкидышей. Кроме эмбрионального развития человека, ген ОСТ4 важен для изучения биологии стволовых клеток, поскольку участвует в самообновлении недифференцированных ЭС-клеток.

Вторая половина инноваций

Сегодня мы можем делать в лаборатории невероятные вещи: микрохирургию эмбрионов, проверку наличия болезнетворных генов, замену митохондрий и даже можем попытаться превратить клетки кожи в сперматозоиды и яйцеклетки или в эмбрион. Как я рассказывала в предыдущей главе, мы даже можем создать искусственные эмбрионоподобные структуры из стволовых клеток, чтобы разобраться в том, как эмбрион строит самого себя.

Но важно понимать, что у науки есть пределы. Хотя в последние десятилетия был достигнут значительный успех в снижении материнской смертности, ежегодно сотни женщин умирают от осложнений беременности или родов, таких как кровотечение и инфекция [60]. В основном это происходит в развивающихся странах, где осложнения беременности и родов остаются ведущей причиной смертности девушек подросткового возраста. Большинство таких смертей можно было предотвратить, но науке не справиться с подобной проблемой в одиночку. Требуются деньги и участие политиков.

Однако и в более богатых странах то, что на сегодняшний день может предложить женщинам репродуктология, вызывает, мягко говоря, разочарование. Даже сорок лет спустя ЭКО остается удивительно неэффективной процедурой. Для рождения Луизы Эдвардсу и Стептоу понадобилось десять лет и четыреста шестьдесят семь попыток ЭКО у двухсот пятидесяти пациентов, и сегодня средний уровень успешности этой процедуры у женщин до тридцати пяти лет по-прежнему лишь 29% на каждый цикл [61]. И несмотря на шумиху вокруг скрининга ЭКО-эмбрионов для создания «дизайнерских детей», у этой процедуры есть множество серьезных ограничений, упомянутых ранее, которые замалчиваются и сильно ограничивают ее успех.

Тем временем все больше женщин откладывают беременность, рожая детей под сорок лет и позже. Замораживание яйцеклеток — это один из способов сохранить фертильность и создать семью в будущем. Процедура включает сбор яйцеклеток, их заморозку и последующее размораживание для ЭКО. Хорошая новость в том, что яйцеклетки, замороженные путем витрификации (быстрой заморозки), похоже, имеют такие же шансы на успешное оплодотворение, как и свежие [62]. Так как после тридцати лет фертильность снижается, оптимальное время для сбора яйцеклеток до тридцати пяти лет, однако, согласно статистике, к этой процедуре в основном прибегают тридцативосьмилетние женщины, а многие делают это после сорока лет, когда шансов на будущую беременность еще меньше [63].

Разумеется, появляются новые прогрессивные возможности, такие как замена митохондрий и геномное редактирование. Но важно не терять из виду менее захватывающую работу, такую как повышение эффективности и надежности ЭКО, решение проблемы выкидышей и создание более точных методов тестирования нерожденных детей в первые недели беременности.

Повышение эффективности ЭКО

Хотя успех клиник ЭКО зависит от многих факторов, эта процедура до сих пор остается не столь эффективной. Она приводит к рождению ребенка у четырех из десяти женщин до тридцати пяти лет, но после этого возраста соотношение падает вплоть до одной успешной беременности на десять попыток для женщин старше сорока лет, а среди женщин старше сорока пяти лет лишь 2% становятся матерями в результате этой процедуры [64]. Несмотря на то, что вспомогательная репродукция существует больше сорока лет, более двух третей потенциальных родителей, прошедших цикл ЭКО, в итоге не получают ребенка, и этот факт просто шокирует [65]. ЭКО — это по-прежнему малоэффективная, дорогостоящая и стрессовая процедура. Многим женщинам мучительно осознавать, что очередная попытка ЭКО закончилась ничем.

Если оставить в стороне тот факт, что одни клиники ЭКО более квалифицированны, чем другие, в настоящее время предпринимаются усилия по улучшению технологии. Кое-что женщины делают сами, делясь на форумах секретами увеличения шансов на успех. Многое из этого — не более чем суеверия вроде употребления бразильских орехов, гранатового сока, жареной картошки, ананасовых огрызков и даже ношения носков. Не думаю, что доктора мешают пациенткам делать то, что помогает им успокоиться, если оно безвредно. Некоторые женщины пробуют акупунктуру, но, несмотря на иллюзию успеха, исследования показывают, что нет, акупунктура не работает [66]. Но есть исследования, согласно которым женщины, употребляющие в пищу больше свежих овощей, фруктов, цельных злаков, рыбы, оливкового масла и меньше красного мяса, имеют на две трети больше шансов забеременеть и родить, чем женщины, которые не придерживаются такой средиземноморской диеты [67].

Врачи — всего лишь люди, и у них тоже бывают свои ритуалы. Будучи ярым приверженцем научных доказательств, я рада, что хотя бы некоторые из них разоблачаются как суеверия. Например, существует техника «царапания эндометрия», когда перед проведением ЭКО на выстилающую оболочку матки наносится царапина или делается биопсия ткани. Есть и другое дополнительное и не бесплатное лечение, которое назначается пациентам для повышения успешности ЭКО. Однако крупное рандомизированное исследование показало, что все это не имеет никакой ценности и не связано с увеличением вероятности беременности и рождения детей [68].