Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах - Кристофер Мэйсон

не охладили энтузиазм в отношении подобных терапевтических методов. К 2020 г. в мире проводилось уже более 500 клинических исследований с применением CAR. В 2016–2018 гг. – преимущественно в Китае – было инициировано больше клинических исследований, затрагивающих CAR, чем за все предыдущие годы. Примечательно, что в совокупности США и Китай инициировали > 80 % клинических исследований CAR, которые указаны на сайте https://clinicaltrials.gov.

Но идеи для клинических исследований – это только начало. Даже при использовании клеток донора, совместимого с реципиентом по показателю HLA (лейкоцитарный антиген человека), подготовка терапии остается деликатным, крайне длительным и трудоемким процессом. Разрабатываются различные модификации CAR-клеток, в частности генерируются «универсальные» CAR-клетки, создаваемые из клеток здоровых доноров. Если бы можно было создавать CAR-клетки, «готовые к использованию», подобные существующим препаратам на основе антител, то CAR-терапию удалось бы быстро и широко приспособить для лечения многих болезней.

Компания Cellectis уже показала, что это осуществимо. Крайне привлекательна идея создания стабильного банка готовых клеточных препаратов, произведенных от несовместимых доноров. Но если HLA-антигены у донора и реципиента отличаются, то может развиваться воспаление, синдром высвобождения цитокинов, отторжение тканей и болезненные осложнения, обусловленные патологической реакцией «трансплантат против хозяина». Чтобы обойти эти проблемы, компания Cellectis изготовила Т-клетки с отредактированными компонентами CD52 и TCR, которые снижают вероятность такой реакции. Эти клетки были дополнительно модифицированы для нацеливания на CD19. Для этого подбирались донорские клетки, совместимые с клетками реципиента по антигену HLA. Такой метод дал положительный эффект и зарекомендовал себя как безопасный в 2020 г. при лечении двух пациентов с рецидивирующей рефрактерной формой B-клеточного острого лимфобластного лейкоза.

Сейчас применяются и другие подходы к клеточной инженерии, в частности производство клеток CAR-T внутри организма при помощи нанотехнологий и разработка «логических» CAR-T-клеток, которые могут находиться в состоянии «вкл.» и «выкл.», а также «и/или» и «и/не». Это позволяет предотвратить или ограничить побочные эффекты и одновременно обеспечить возможность специфичного нацеливания на еще более разнообразные типы клеток. CRISPR-Cas9 и вариации этих методов редактирования генов также используются для более точной инженерии Т-клеток и расширения их применения при лечении разных видов рака. Такие клетки могут работать и в микросредах, где они в противном случае просто не могли бы сориентироваться. В 2015 г. варианты CAR-T-терапии были испытаны при лечении буквально нескольких типов рака. В конце 2020 г. насчитывались уже десятки видов онкопатологий (солидных и жидкостных), которые активно тестировались с применением такого подхода в рамках клинических исследований.

Кроме CAR есть еще два вида адоптивной клеточной терапии (ACT), при которых собственные иммунные клетки пациента используются для лечения поразившей его болезни. Речь идет об опухоль-инфильтрирующих лимфоцитах (TIL) и генетически измененных клетках с новыми TCR. TIL – это активные лимфоциты, проникающие в опухоль или ее ближнее окружение. Их можно модифицировать для повышения активности, и они дают многообещающие результаты при лечении меланомы и рака шейки матки. Другой вариант ACT-терапии заключается в модификации Т-клеток с помощью TCR из других клеток. TCR, имеющие сильный противоопухолевый эффект в организме одного пациента, можно адаптировать для лечения других пациентов, типизированных по общему HLA. Это достигается путем интеграции таких последовательностей в собственные клетки пациента. Правда, учитывая, что большинство Т-клеточных рецепторов участвуют в презентации главного комплекса гистосовместимости, они не очень применимы в универсальной среде. Терапевтические методы на основе TCR дают определенный эффект, так как токсикологический профиль у них в целом безопаснее, чем у клеток CAR-19. Правда, среди всех видов адоптивной клеточной терапии, применявшихся в клинической практике к концу 2020 г., наибольших успехов удалось достичь именно с CAR.

К 2021 г. в мире десятки тысяч людей носили в себе генетически модифицированные гибридные клетки. Описанные виды терапии привели к фундаментальному изменению подходов к лечению заболеваний и представлений о пределах пластичности живой материи. Биология – это не пассивная и не замкнутая наука. На современном уровне развития биологии мы способны сознательно работать над созданием новой жизни. Такие операции совершаются за минуты и такими способами, на разработку которых у эволюции могло не хватить времени. Это касается не только иммунных, а любых клеток любых существующих и будущих видов. На Земле уже существуют гибриды, на которых мы можем практиковаться, проверяя, как подготовить жизнь к освоению новых планет.

Гибридные межвидовые гены

В водах близ Бостона и Нью-Йорка встречаются странные мелкие зеленоватые гибридные морские слизни вида Elysia chlorotica. Эти уникальные животные способны приобретать свойства растений, заимствуя полнофункциональные фотосинтезирующие хлоропласты прямо из тех водорослей, которыми питаются. Этот процесс называется «клептопластия» и буквально означает «кражу» плазмид (хлоропластов) или органелл. Хотя поглощение ДНК и обмен мобильными генетическими плазмидами обычное явление у бактерий, у более крупных организмов такое заимствование целых систем встречается редко.

E. chlorotica, которых называют «морские слизни на солнечных батареях», используют хлоропласты в качестве камуфляжа для защиты от хищников. Как правило, клетки водорослей имеют толстую и жесткую стенку, предохраняющую их от разрыва и проникновения каких-либо микроорганизмов извне. Как же в таком случае слизни перетаскивают хлоропласты к себе в организм? Естественно, через «соломинку»! В организме слизня есть встроенная молекулярная «соломинка», позволяющая протыкать клеточную стенку водоросли и высасывать хлоропластовое содержимое. От этого слизень сочно зеленеет. Если он не будет в достаточном количестве употреблять такие «овощи» (хлоропласты), то станет бурым с красными пигментными пятнами.

Как ни удивительно, хлоропласты могут месяцами, а то и годами сохраняться в крупной и ветвистой пищеварительной системе (позеленевшего) морского слизня. Его фагоциты функционально во многом подобны человеческим, поэтому они легко поглощают водоросли, а затем интегрируют их хлоропласты в собственные биосистемы. Хлоропласты, став частью другого организма, остаются работоспособными: улавливают солнечный свет, синтезируют сахара, выделяют кислород. Поначалу считалось, что хлоропласты нужны этим жутковатым брюхоногим для выживания, но оказалось, что животные прекрасно чувствуют себя и без фотосинтеза. Исследователь Свен Гулд показал, что и в темноте слизни не теряют вес и остаются здоровы. Поэтому для них фотосинтез – в известной степени роскошь. Можно сказать, что «воровство» зеленого добра и использование хлоропластов в качестве внутреннего украшения доставляет им удовольствие.

Однако возникает вопрос: как же хлоропласты не просто выживают внутри этих маленьких зеленых воришек, но и продолжают функционировать? В обычном растении на содержание хлоропластов уходит 90 % жизненно важных белков, вырабатываемых в ядре растения-хозяина. В сущности, хлоропласты ведут себя как ненасытные прихлебатели. Очевидно, морские слизни научились удовлетворять потребности поселившихся в них хлоропластов, но как? В поисках генов, которые могли бы способствовать фотосинтезу и выживанию хлоропластов, Джеймс Манхарт и другие исследователи заметили в ДНК морских слизней ключевой водорослевый ген psbO. Ген psbO жизненно важен, так как кодирует стабилизирующий марганец белок, входящий во вторую фотосистему хлоропласта.

Самое главное, что последовательность оснований ДНК в гене морских слизней и гене водорослей почти идентичны. Похоже, моллюск давным-давно позаимствовал этот ген у водорослей и оставил себе. Возможно, здесь мы имеем дело с удивительным случаем «горизонтального» переноса генов – не по наследству, а от одного организма к другому, неродственному. Этот механизм отличается от «вертикального» переноса, где гены передаются от родителей потомкам.

Но как ученые убедились, что это именно горизонтальный перенос генов? Первые исследования показали, что этот ген уже присутствует в половых клетках E. chlorotica. Однако, когда была исследована их РНК, выяснилось, что эти гены неактивны. Следующий анализ, проведенный в 2017 г., показал, что в пользу присутствия искомого гена в зародышевой линии ДНК у слизня существует не так уж много доказательств. Поэтому завеса тайны вокруг выживания хлоропластов, захваченных E. chlorotica, сохраняется до сих пор. Как бы то ни было, их выживаемость не вызывает сомнений, и свою роль в этом может играть горизонтальный перенос генов.

Еще один пример горизонтального переноса генов – тихоходки, которых сравнивают с водяными мишками и которые могут выжить даже в открытом космосе (о них мы говорили в главе 4). Тихоходки могли приобрести десятки генов путем горизонтального переноса. Процесс межвидового обмена «мобильными генами», который является ключевым фактором эволюции, вполне можно перенести в совершенно новый контекст и использовать для дальнейшего пополнения генетических