Неидеальный человек: Почему эволюция оставила нам болезни, ошибки ДНК и уязвимости - Лоуренс Херст

беспокоиться. Возвращаясь к изначальным опасениям: достаточно ли хорошо мы понимаем устройство генома, чтобы судить о безопасности таких вмешательств? Несколько пациентов погибли именно из-за встраивания терапевтического гена при лечении X-сцепленного тяжелого комбинированного иммунодефицита, это стало настоящим холодным душем для всех. Первые попытки генной терапии строились на довольно смелых допущениях: что 90% ДНК, скорее всего, не несет никаких функций, что гены будут встраиваться в случайные места и что работа одного гена вряд ли повлияет на другие. Из всего этого делался вывод, что встраивание генов не создаст проблем.

Все эти допущения оказались под большим вопросом. Теперь мы знаем: когда в геном встраивается новый ген, на него часто влияют соседние гены да и сам он может повлиять на своих соседей. Генная терапия оказалась в ловушке: с одной стороны, встроенный ген должен активно работать (транскрибироваться), с другой, его работа не должна нарушать функции соседних генов. В свете таких проблем ученые заговорили о так называемых геномных безопасных гаванях. Это гипотетические участки ДНК, куда можно было бы встроить ген без риска повлиять на соседей, спровоцировать рак или вызвать другие нежелательные последствия. «Спящая красавица» привлекает исследователей именно потому, что обычно не встраивается рядом с генами, в отличие от многих вирусных векторов, которые так и норовят пристроиться поближе к активным генам. Ученых беспокоит другое: встраивание происходит даже тогда, когда векторы специально сконструированы так, чтобы вообще не встраиваться в геном. Это ставит под сомнение безопасность любых методов генной терапии — и тех, что предполагают встраивание, и тех, что его исключают.

Когда клетки извлекают из организма для генной модификации в лаборатории, а потом возвращают обратно — как при некоторых видах генной терапии с клетками крови, — теоретически можно проверить каждую клетку на безопасность. Сейчас уже стандартной практикой стало следить, чтобы ни одна клетка не делилась активнее остальных, ведь такие «суперклетки» легко могут переродиться в раковые. А в случаях, когда вирусный вектор вводят напрямую и он направляется в печень — как при лечении гемофилии, — стоит задуматься, какие векторы безопаснее и с большей вероятностью попадут именно в безопасные гавани. Можно также попытаться усовершенствовать сами векторы, встроив в них участки ДНК, которые будут блокировать воздействие на соседние гены.

Как же должна выглядеть эта безопасная гавань? Ученые пытаются сформулировать критерии безопасного места для встраивания — например, оно должно находиться не ближе определенного расстояния от ближайшего гена. По сути, мы пытаемся найти участки ДНК, которые считаем функционально бесполезными. А что, если мы ошибаемся? Что, если вся эта «лишняя» ДНК на самом деле выполняет функции, которых мы пока не понимаем? Определение безопасной гавани уже не раз меняли с момента первой формулировки: стало очевидно, что мы многого не знаем. Совсем недавно, в 2020 году, новый ген, встроенный с помощью лентивирусного вектора — а его-то как раз считали наименее опасным — вызвал рак почти у 10% подопытных мышей. В феврале 2021 года пришлось приостановить испытания генной терапии серповидноклеточной анемии: у двух пациентов развился острый миелоидный лейкоз. Связано ли это с терапией, пока неясно.

Но давайте спросим прямо: достаточно ли хорошо мы понимаем устройство генома, чтобы определить, куда можно безопасно встроить новый ген? Некоторые интроны после сплайсинга могут регулировать работу других генов. Что, если мы встроим новый ген именно в такой интрон? А может, часть этой «бесполезной» ДНК все-таки нужна — например, для поддержания структуры хромосом? Многие участки генома производят некодирующие транскрипты, которые быстро эволюционируют, — это говорит о том, что их последовательность не находится под давлением отбора. Но что, если отбору подвергается не продукт, а сам процесс транскрипции? Может, именно поэтому клетка производит массу транскриптов, которые тут же отправляются в утиль?

Придумать гипотезу можно для чего угодно. Если что-то существует, мы можем объяснить, почему оно появилось и для чего нужно. Точно так же можно создать гипотезу, которая докажет, почему чего-то не существует. Само по себе построение гипотез — это просто упражнения в изобретательности, не более того. Важно другое: есть ли у нас причины думать, что мы чего-то не понимаем?

Так мы возвращаемся к исходному вопросу: как эволюционирует наш геном? Данные подтверждают мою мысль: раздутые геномы забиты мусором, от которого мы не можем избавиться, потому что в малых популяциях естественный отбор работает неэффективно. Но остается одна большая загадка: что же тогда объясняет сложность организмов? При всей нелепости наших генов и генома что-то ведь должно объяснять, откуда у нас столько типов клеток — а это наш лучший показатель сложности. Дело в некодирующих РНК? Или в тех «обрезках пленки», которые вырезаются при сплайсинге, но не участвуют в создании белков? А может, в разнообразии сплайс-форм? Одно мы знаем точно: не все в геноме — хлам.

Малый размер популяции и слабый отбор объясняют, почему наши интроны длиннее мышиных, но в целом мы до сих пор не понимаем, откуда берется сложность организмов. И выяснить это непросто: виды с малыми популяциями — люди, слоны и др. — обычно устроены сложнее, чем виды с огромными популяциями — мухи, бактерии, дрожжи. Из-за этого крайне трудно отделить истинные причины сложности от простых последствий случайности. Наш геном такой запутанный потому, что мы сами сложно устроены? Или это неизбежный результат малой численности популяции, которая ослабляет действие отбора? Какая доля нашей ДНК выполняет реальные функции, вопрос до сих пор спорный. Дополнительную путаницу вносит смещенная генная конверсия: она искажает результаты многих методов анализа. Она оставляет в ДНК следы — например, замедленную эволюцию, — которые выглядят точь-в-точь как результат естественного отбора.

Стоит ли рискованно экспериментировать со встраиванием генов, если мы до конца не понимаем, как устроен наш геном? Можно попробовать компромиссный вариант: проводить генную терапию без встраивания — просто доставлять ДНК в клетки. Но и тут есть опасения: ген, который не должен встраиваться в хромосомы, может это сделать самовольно. Аденоассоциированные вирусы вроде бы не должны встраивать свой груз в ДНК, но исследования на животных показывают: они это делают. Меня это тревожит. Скажу прямо: я изучаю геномы много лет, и в общих чертах картина мне ясна. Наш геном такой огромный и раздутый главным образом потому, что в малых популяциях отбор работает слабо и неэффективно. Но если бы вы показали мне конкретное место, куда встроился терапевтический ген в моей ДНК, и спросили, считаю ли я его безопасным, я занервничал бы. Не думаю, что смог бы с уверенностью ответить, безопасна эта гавань или нет. Мой совет: