Как московские ученые лечат муковисцидоз, редактируя геном

Генетики из России - первые, кому удалось исправить самую распространенную мутацию в гене, вызывающую муковисцидоз (генетическое заболевание, характеризующееся патологией желудочно-кишечного тракта и дыхательной системы – прим. ред). С помощью технологии редактирования генома ученые устранили мутациюв 10% клеток, в то время как мировой результат - менее 5%. Предполагается, что на полное излечение от муковисцидоза потребуется не менее десяти лет, в то время как многие другие орфанные заболевания уже сегодня научились выявлять и лечить на самых ранних стадиях.

Мутации касаются каждого

Главный герой этих открытий – медико-генетический научный центр Москвы. Именно здесь врачи-генетики занимаются редактированием генома, обследуют пациентов с редкими заболеваниями. В этом году центр отмечает пятидесятилетие и за это время ему удалось сделать немало научных открытий.

«Медицинская генетика это целый комплекс, не только врач – генетик, который принимает пациента, но и лабораторные исследования. Сейчас в нашей лаборатории уже можно делать полный геномный анализ, представьте себе, еще недавно мы только слышали о том, что расшифрован геном человека, а сейчас работа с геномом человека – рутинная практика врачей»! – говорит директор медико–генетического научного центра (МГНЦ), член-корреспондент РАН, Сергей Куцев.

«Профилактика орфанных заболеваний в России проводится на всех уровнях, даже на уровне доинплантанционном. При экстракорпоральном оплодотворении (искусственное оплодотворение – Прим. ред) возможна диагностика наследственных заболеваний даже у зародыша. На пренатальном уровне все беременные женщины проходят скрининг на хромосомные болезни и врожденные пороки развития. Большое достижение нашей страны – неонатальный скрининг, когда все новорожденные дети в обследуются на пять наследственных заболеваний. Если мы на ранней стадии поставили диагноз, то можем назначить лечение, – объясняет Куцев.

Ярким примером эффекта скрининга на раннем этапе беременности стало лечение редкого наследственного заболевания – фенилкетонурии (заболевание, связанное с нарушением метаболизма аминокислот – Прим.ред).Раннее обследование привело к тому, что в России сейчас более 15 тысяч детей, имеющих этот диагноз, вылечились и создали семьи со здоровыми детьми. Генетик Куцев убежден, сегодня в стране необходимо скринировать не на пять, а на 30 редких наследственных заболеваний.

От многих наследственных болезней существует недорогое и эффективное лечение. Взять такое заболевание как дефицит МCAD, приводящее к энергетическому дефициту. В этом случае, здоровый ребенок, заболевающий ОРВИ может получить нарушение энергетического обмена и впасть в коматозное состояние. Развивается энцефалопатия, а в 25% случаях ребенок может погибнуть. Но если выявить дефицит MCAD на ранней стадии, то излечиться довольно легко. Нужно только увеличить количество кормления ребенка, тогда не будет энергетического деффекта. Это и многие другие орфанные можно выявить еще на этапе скрининга.

«Расходы на скрининг это небольшие деньги по сравнению с тем, что государство тратит на содержание инвалидов», – говорит Куцев.

Сегодня все генетические исследования доступны россиянам, причем абсолютно бесплатно. МГНЦ работает по государственному заданию, порученному министерством здравоохранения и образования. Оно подразумевает проведение 11 тысяч высокотехнологичных исследований для пациентов с подозрением на наследственные заболевания. Помимо задания МГНЦ выполняет огромный массив научных и лабораторных исследований. В этом году врачи центра приняли около 12 тысяч семей. Это более 20 тысяч людей, учитывая, что на каждую семью врач генетик тратит около часа, а иногда и все четыре этажа здания работают на одну семью.

«Центр работает с огромным напряжением, так как он единственное учреждение федеральное медико-генетического профиля, но это нужная работа и большая часть исследований выполняется бесплатно в рамках государственного задания. Еще несколько лет назад это было очень дорого, сейчас мы это делаем абсолютно бесплатно. Только за прошлый год мы выполнили более 70 тысяч лабораторных исследований, в этом году их будет еще больше», – рассказывает генетик.

Пока генетик Куцев объясняет теоретическую часть излечения от наследственных заболеваний, его коллеги по центру проверяют систему CRISPR/Cas9 на практике. Генетик Екатерина Кондратьева работает сразу в нескольких лабораториях, в рамках проекта по муковисцидозу.

«Мы хотим вылечить саму эту мутацию, но прежде, чем приступить к редактированию генома, нужно провести подготовительную работу», –рассказывает генетик.

«Сначала мы в компьютерных программах создаем плазмиды, такие образования, которые мы редактируем на компьютере. Это небольшие молекулы ДНК, которые не связаны с хромосомами и которые могут попадать в клетку, если мы их туда введем и сами себя размножать. Сначала мы создаем их теоретически, на компьютере, а потом в соседнем кабинете создаем их руками с помощью разных генно-инженерных методик».

Далее генетики склеивают куски разных ДНК и получают молекулу в бактериях. С помощью бактерий образуют плазмиды, и только после этого начинается работа на клетках. Плазмиды необходимы для изменения клетки. В них содержится элемент того самого редактора CRISPR/Cas9 , то есть в фермента, который если его изменить может прийти в нужное место в геноме и разрезать именно там, где врачи хотят исправить мутацию.

«Дальше, в другом кабинете происходят работы с клетками. Если в начале это генная инженерия, то дальше уже работа с человеческими клетками. Параллельно, одновременно с тем, как мы делали плазмиды, мы задавали клетки, которые собираемся исправлять. Для этого, взяли клетки кожи у пациента, больным муковисцидозом и дальше провели их репрограммирование. Превратили их в стволовые клетки и именно в этих клетках собираемся изменять мутацию. Дальше мы берем их и вводим конструкцию, она приходит и разрезает ген в нужном месте», – вводит в курс дела Кондратьева.

«Всегда происходит лишь небольшая часть редактирования. Те 10% о которых говорят эксперты, это то, что нам удалось получить в результате эксперимента и это высокий результат, так как ни у кого выше 5% не получилось. Пока результаты обнадеживающие. Дальше, если все пойдет удачно и будут эксперименты и на клетках и животных, то в будущем можно думать о том, чтобы исправлять эту мутацию у человека. Пока это все работы, это только вне организма. На живых клетках, но вне живого организма», – комментирует генетик.

Она не исключает, что у звездной системы CRISPR/Cas9 есть и минусы, так как редактирование может произойти не в том месте, где нужно и тогда могут возникнуть новые мутации. Тяжелые наследственные заболевания могут возникнуть из-за изменения всего одной буквы в геноме. Сейчас генетики анализируют безопасность всей системы редактирования генома, и отмечают, что пока у них достаточно работы на клеточных линиях, а к работе внутри человеческого организма подходить еще рано.

«Мы начали работы с модификацией этой системы. Это так называемые редакторы оснований. Это тот же белок CRISPR/Cas9. Можно использовать этот редактор оснований, он будет вносить разрез, заменит неправильный нуклеотид на правильный. Но пока про него мало, что понятно. Мы выбрали в качестве пилота один из генов, вызывающий заболевания в костном организме и хотим посмотреть, как получится с редакторам оснований. Если системы покажут себя хорошо, откроется большой простор для редактирования огромного числа заболеваний», – делится планами генетик.

В настоящее время в мире насчитывается около семи тысяч редких наследственных заболеваний. Многие из них, выявленные на ранней стадии позволяют избежать инвалидности и поддаются лечению.