Как работает редактирование генома и можно ли создать «идеальных» людей
За последние несколько десятилетий ученые научились не только выявлять гены наследственных заболеваний, но и «исправлять» их.
Для этого используют различные методы генной терапии, в том числе редактирование генома. Разберемся, как это работает и можно ли с помощью этих инструментов не только лечить, но и «улучшать» людей — а главное, стоит ли это делать.
Все началось с генной терапии
Так называют различные способы лечения заболеваний, направленные на коррекцию работы генов человека.
Немного остановимся на том, как работают гены — те, кто с этим знаком, могут пропустить абзац. Гены состоят из молекул ДНК, а они собраны из «кирпичиков» — нуклеотидов. Упрощенно каждый нуклеотид можно представить как букву, с помощью которой записана информация, необходимая для работы организма. Таких «букв» четыре — они различаются тем, какое азотистое основание входит в их состав: аденин, гуанин, цитозин или тимин.
Две цепи нуклеотидов соединяются так, что молекула ДНК приобретает характерную форму двойной спирали. А все разнообразие человеческих признаков связано с тем, в каком порядке нуклеотиды расположены в геноме конкретного человека — всего их около трех миллиардов пар. Один ген — это «кусочек» этой последовательности ДНК, в котором содержатся инструкции, обычно для создания белков внутри клетки.
Если с каким-либо геном что-то не так — он не работает или изменен из-за мутации, — это влияет на производство и работу белков, которые он кодирует. В результате могут возникать заболевания, зачастую тяжелые и даже смертельные. Например, серповидноклеточная анемия развивается из-за мутации в гене HBB, находящемся на 11-й хромосоме. При этом меняется всего лишь один нуклеотид — аденин на тимин, — но даже такое небольшое изменение приводит к тяжелым последствиям.
Первые варианты генной терапии были направлены на то, чтобы доставить в клетку «работающий» ген, заменяющий дефектный или запускающий выработку белков, важных для борьбы с болезнью. Для его доставки в клетки чаще всего используют вирусные векторы, например на основе измененных аденовирусов. Так делают в основном потому, что вирусы хорошо приспособлены для проникновения внутрь клеток — а значит, их проще использовать для доставки нужных генов.
Первый в мире препарат для генной терапии «Лукстурна», одобренный в США в 2017 году, лечит наследственную дистрофию сетчатки глаза, вызванную мутацией в гене RPE65. Нормальный ген доставляют в клетки органа с помощью вирусного вектора, в итоге начинает вырабатываться белок, важный для зрения.
Аналогичный принцип лежит в основе и более известного препарата «Золгенсма» для лечения спинальной мышечной атрофии . Вирусный вектор доставляет работающую копию гена в двигательные нейроны спинного мозга, позволяя человеку сохранить возможность движения. Еще один пример — препарат «Кебилиди» для лечения дефицита декарбоксилазы ароматических L-аминокислот, нужной для синтеза нейромедиаторов дофамина и серотонина . Лекарство вводят непосредственно в мозг во время операции.
Сейчас зарегистрировано и много других препаратов для генной терапии, например «Роктавиан» и «Гемгеникс» для лечения гемофилии, «Энселто» — микроимплант, который помещают в глаз при идиопатической макулярной телеангиэктазии второго типа , чтобы замедлить потерю зрения, — «Отармени» от наследственной глухоты, «Элевидис» от мышечной дистрофии Дюшенна .
Используют генную терапию и для лечения рака. Например, препарат «Адстиладрин» применяют для лечения некоторых опухолей мочевого пузыря. Его действие основано на доставке гена интерферона альфа-2b в клетки стенки органа. Этот белок помогает иммунной системе распознавать раковые клетки. Также исследуются препараты от многих других болезней — например, муковисцидоза.
Изменять гены можно не только внутри тела, то есть in vivo, но и снаружи — ex vivo. В этом случае забирают нужные клетки, редактируют их в пробирке и вводят обратно. Например, так работает препарат «Ленмелди» от метахроматической лейкодистрофии . У пациента забирают стволовые клетки, помещают в них нужный ген с помощью вирусного вектора и вводят обратно в организм. «Ленмелди» считается самым дорогим препаратом: стоимость одной дозы достигает 4,25 млн долларов. Похожий механизм действия у первого препарата от серповидноклеточной анемии «Лифгения».
Еще один интересный пример препаратов такого типа — «Зеваскин» для лечения буллезного эпидермолиза . У человека забирают клетки кожи, внедряют в них работающую копию гена, выращивают кожный трансплантат и пересаживают на незаживающие раны.
Новые препараты генной терапии продолжают появляться. Например, недавно начались исследования лекарства, которое предположительно должно будет заменить «Оземпик» и его аналоги. Клинические испытания пройдут в Нидерландах, в них будут участвовать люди с сахарным диабетом второго типа и ожирением. Суть терапии — в доставке модифицированного гена напрямую в клетки поджелудочной железы для выработки собственного глюкагоноподобного пептида-1, или ГПП-1 .
Всего с начала 1990-х годов проведено более 1 900 клинических испытаний генной терапии для лечения генетических заболеваний и рака, в основном с использованием вирусных векторов.
Важно, что генная терапия не меняет исходную последовательность ДНК человека: новый ген остается в ядре клетки как отдельная молекула, дефектный из генома никуда не денется. То есть так нельзя заменить ген в геноме человека или исправить его.
Следующий шаг — редактирование генома
Эту группу методик одни ученые относят к генной терапии, а другие считают отдельным подходом. Здесь уже меняется сама ДНК клетки — из нее удаляют ненужные гены, добавляют нужные, заменяют «плохие» «хорошими». Так можно исправить и точечные мутации, и даже целые фрагменты ДНК. Еще с помощью методов редактирования можно «включать» нужные гены — усиливать их, чтобы клетка производила больше нужного белка, либо, наоборот, отключать, чтобы избавиться от вредного.
Для редактирования генома есть несколько молекулярных инструментов. Одни из первых — ZFN и TALENs . Это белки, измененные так, чтобы они могли связываться с ДНК клетки в нужном месте и разрезать ее. Затем можно убрать вырезанную последовательность или добавить другую, чтобы она встроилась на это место.
Потом ученые открыли CRISPR-Cas9 — самый известный и более точный метод, именно его чаще всего называют генетическими ножницами.
CRISPR-Cas — это что-то вроде иммунной системы прокариот , в частности бактерий, которая нужна им, чтобы уничтожать вторгающиеся вирусы, разрушая их генетический материал. Это работает примерно как иммунитет человека: у нас формируются антитела, с помощью которых организм «запоминает» врага и потом может его уничтожить, а у бактерий — генетическая память, так как они включают часть генома вируса в свой геном. Потом на ее основе клетка может синтезировать РНК , которая при повторном вторжении позволяет быстро найти захватчика и разрушить его.
В 2012 году американский биохимик и генетик Дженнифер Даудна и французский микробиолог Эмманюэль Шарпантье продемонстрировали, что CRISPR-Cas можно использовать для нацеливания на любую последовательность ДНК и ее разрезания. За это в 2020 году они получили Нобелевскую премию по химии.
Если говорить упрощенно, CRISPR-Cas состоит из двух компонентов:
- Направляющей РНК — ее нуклеотидная последовательность совпадает с геном-мишенью. Она позволяет определить место в геноме, где ДНК надо разрезать.
- Белка Cas, например Cas9, — фермента, разрывающего молекулу ДНК, причем обе ее цепи. Клетка немедленно пытается залатать разрыв, и если «предложить» ей образец для починки — она использует его. Так в геноме окажется нужная последовательность.
Есть модификация метода без разреза ДНК: CRISPR находит участок генома и «помечает» его, включая или выключая ген, — влияет на его экспрессию, то есть реализацию функции. Кроме того, на основе «классического» CRISPR-Cas появляются и другие инструменты для более точного воздействия на геном.
Например, бывает редактирование оснований, при котором цепочка ДНК не разрывается: один нуклеотид бесшовно заменяется другим с помощью специального фермента, входящего в состав системы. Еще одна подобная технология — прайм-редактирование, позволяющее заменять целые последовательности нуклеотидов, разрывая только одну цепочку ДНК, что тоже повышает точность. В последнем случае белок Cas работает вместе с обратной транскриптазой — ферментом, синтезирующим ДНК в месте разрыва на основе нужного образца.
Для доставки молекулярных инструментов редактирования внутрь клетки также используют вирусные векторы. Еще один популярный способ — синтетические липидные наночастицы, это что-то вроде жировых оболочек, защищающих и переносящих CRISPR-Cas или другие молекулы.
Редактирование генов изменяет саму ДНК, поэтому его эффект потенциально необратим, особенно если клетки медленно делятся или способны самообновляться, как стволовые, — из-за этого к разработке и тестированию таких препаратов много требований.
Редактировать гены тоже можно двумя способами: внутри тела, in vivo, и снаружи тела, ex vivo, — когда нужные клетки «исправляют» в пробирке. Именно так работает первый и пока единственный зарегистрированный препарат на основе «генетических ножниц» — «Касгеви» для лечения тяжелой бета-талассемии и серповидноклеточной анемии. У человека забирают стволовые клетки крови, «исправляют» их и вводят обратно после химиотерапии, уничтожающей в том числе старые клетки с неправильным геном. В итоге начинает вырабатываться нормальный гемоглобин.
До этого технологию использовали для лечения рака — в рамках CAR-T-клеточной терапии. В этом случае перепрограммированные иммунные клетки, а именно Т-лимфоциты, уничтожают раковые клетки-мишени. CRISPR-Cas9 позволяет точнее изменять их геном, чем обычные методы генной терапии.
Другие препараты на основе «генетических ножниц» пока находятся на стадии исследований — в основном это тоже лекарства от заболеваний крови или рака, а также ВИЧ.
Отдельное направление — персонализированная генная терапия, когда препарат создают не от болезни, а для конкретного человека с редкой мутацией. Успешный пример ее применения уже есть: группа американских ученых разработала препарат для младенца с редким дефицитом карбамоилфосфатсинтетазы 1 . Процесс от диагностики до лечения занял всего шесть месяцев, а технология была разработана на основе платформы, которую можно адаптировать для других генетических заболеваний. Малышу исправили мутацию в клетках печени, в итоге его состояние значительно улучшилось.
Людей с каждой отдельной редкой мутацией мало, но в совокупности их очень много. И раньше у них не было надежды на то, что кто-то будет разрабатывать лекарства от таких редких болезней. Платформы для редактирования генома, в которых отработаны общие элементы, позволяющие быстро заменять разные гены, способны стать решением проблемы.
Американское агентство по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов — FDA — в 2026 году разрешило ускоренную проверку персонализированной генной терапии, без классических клинических испытаний. Причина в том, что в случае редких болезней они зачастую невозможны из-за небольшого числа пациентов. И даже если заболевание не слишком редкое, оно может быть вызвано разными мутациями — например, при муковисцидозе их сотни. На каждую такую мутацию нужна своя терапия, и проверить ее в полноценных клинических испытаниях не получится.
FDA будет одобрять лечение, если в прошлом была показана безопасность самого молекулярного инструмента редактирования генов и метода его доставки в клетки. То есть ученые просто смогут модифицировать уже имеющиеся решения под разные мутации. Это похоже на то, как производители продуктов могут использовать ингредиент, признанный безопасным, в разных рецептах.
Такое «упрощение» не означает, что препараты вовсе не будут исследовать. Например, Киран Мусунуру — один из разработчиков первой персонализированной терапии редактирования генома — на вручении престижной премии Catalyst Award объяснил, почему это необходимо. Он заявил, что пока ученые просто создали средство, которое, возможно, превратило разрушительную болезнь в более легкое состояние у одного человека, но, чтобы точно это утверждать, а также помочь другим людям, нужны исследования — научные и этические. По словам Мусунуру, дальнейший путь заключается во внедрении адаптивного дизайна клинических испытаний в режиме реального времени.
Третий шаг — генно-модифицированные люди?
Кажется, что генная терапия и тем более редактирование генома позволяют исправить практически любые «нежелательные» гены. На самом деле это не совсем так.
Сейчас хорошо поддаются коррекции моногенные заболевания — те, что связаны с поломкой, отсутствием или изменением одного гена. Исправить сразу большое количество генов пока нельзя: существующие инструменты для этого не настолько точны. Даже те методы редактирования генома, которые сейчас считаются самыми точными, не всегда вносят нужные изменения в ДНК клетки, а еще могут разрезать ее не там — это называют нецелевым редактированием. Если воздействовать сразу на несколько или множество генов, частота побочных эффектов может вырасти в несколько раз.
Есть у такого лечения и другие побочные эффекты — например, токсическое воздействие на печень и высокий риск иммунных реакций, в том числе тяжелых. Например, применение препарата «Элевидис» от миодистрофии Дюшенна в США приостанавливали по причине смерти трех пациентов из-за печеночной недостаточности. А в июле 2026 года стало известно о смерти шестилетней пациентки, для которой китайские ученые разработали персональную терапию, чтобы вылечить задержку развития, вызванную точечной мутацией. Лекарство должно было попасть в головной мозг и исправить поломку. Но после введения вирусных векторов в спинномозговую жидкость началась сильная иммунная реакция, и через несколько дней девочка погибла.
Еще инструменты генной терапии и редактирования генов могут повышать риск развития рака: в первом случае — когда вирусный вектор доставки «встраивает» лишние фрагменты в геном клеток, а во втором — из-за нецелевого редактирования. Первый такой кейс после генной терапии in vivo описан в мае 2026 года: мальчику с синдромом Хулера в 13 месяцев ввели препарат прямо в мозг, а в пять лет у него обнаружили опухоль мозга, которую успешно удалили. При этом мальчик развивается по возрасту, что без лечения было бы невозможно. Ранее случаи рака были описаны после введения в организм стволовых клеток, отредактированных вне тела.
При этом риск развития онкологических заболеваний совсем небольшой, если воздействовать на отдельные клетки и ткани, но увеличивается, если пытаться менять многие гены в разных частях организма.
Важно и то, что инструменты редактирования генома вносят в ДНК необратимые изменения, которые остаются в клетке до ее гибели. Их последствия не всегда предсказуемы, а негативные эффекты потом нельзя обратить вспять. Поэтому в большинстве стран сейчас разрешено изменять только отдельные соматические клетки , но не клетки зародышевой линии — те, из которых образуются половые клетки, — и не ДНК эмбриона. По сути, запрещено вносить в геном изменения, которые потом будут наследоваться. Подобные эксперименты ограничены только научными целями и не могут быть доведены до конца — то есть до имплантации эмбриона в матку и тем более рождения человека.
Такое редактирование теоретически может стать инструментом лечения некоторых наследственных болезней. Но это только в теории. В научной среде начинание скорее не поддерживают — и не только из-за того, что это может использоваться в нетерапевтических целях, например для улучшения внешности или повышения IQ детей.
Основная причина в том, что нежелательные изменения в ДНК — возможные при любом редактировании генов — в случае эмбрионов могут нести катастрофические последствия, поскольку способны затрагивать все клетки организма. Еще такое редактирование может приводить к результатам, которые не встречаются во «взрослых» клетках. Например, одно исследование показало, что CRISPR-Cas в эмбриональных клетках может не только внести локальные изменения, но и удалить большой сегмент хромосомы, на которой находится целевой ген, или даже всю ее целиком.
Кроме того, есть вероятность мозаицизма — это когда модификация ДНК произошла после деления исходного одноклеточного эмбриона на две клетки. В итоге организм будет «собран» из двух популяций клеток с разными вариантами генов, в том числе теми, что хотели исправить. То есть нарушение, которое собирались предотвратить, все равно может возникнуть. А еще мозаицизм способен привести к другим болезням или повлиять на развитие плода.
Все последствия генетической модификации эмбриона нельзя предугадать до рождения ребенка. Более того, проблемы могут проявиться только спустя годы, десятилетия и даже поколения, ведь неисправимые изменения в ДНК будут передаваться потомкам. И даже убедиться, что клетки модифицировались так, как ожидали исследователи, не получится. У взрослого человека можно взять несколько клеток и оценить изменения ДНК, чтобы убедиться, что все идет по плану, но эмбрион для этого слишком маленький.
Получается, что риск слишком велик, а терапевтическая ценность низкая. Существуют более простые и безопасные способы профилактики рождения детей с наследственными болезнями — в частности, ЭКО с генетическим профилированием эмбрионов перед имплантацией.
Тем не менее есть стартапы, которые пытаются заниматься такими модификациями, например компания Preventive. Ее цель — изменение генома эмбрионов для предотвращения генетических болезней. На сайте компании пишут, что пока они только пытаются определить, можно ли делать это безопасно, и обещают отказаться от идеи, если окажется, что нет. По подсчетам основателя стартапа, стоимость «исправления» эмбриона — примерно 5 000 $.
Кроме Preventive, редактирование генома зародышевой линии изучали и другие стартапы, такие как Manhattan Genomics. Из-за строгости американского законодательства то, что пыталась сделать компания, — довести редактирование эмбрионов до логического конца, — оказалось невозможным, и она прекратила работу в марте 2026 года.
Зато в 2026 году исследователи американского Колумбийского университета, в том числе Натан Трефф, главный клинический директор компании Nucleus Genomics , достаточно точно отредактировали геном эмбрионов на ранней стадии развития.
Они использовали редактирование оснований — более точный метод, чем «классический» CRISPR-Сas. В ходе экспериментов ученые изменяли три гена: PCSK9, связанный с повышением в крови уровня холестерина и риском сердечно-сосудистых болезней, и два варианта HBG, отвечающих за выработку гемоглобина. В итоге отредактировать их получилось, но часть эмбрионов стала мозаичной — то есть гены были изменены не во всех клетках. Как известно, это может привести к проблемам со здоровьем в случае, если такие дети родятся. Кроме того, некоторые из внесенных изменений все-таки повлекли за собой нежелательные изменения в геноме.
Пока единственный, кто довел эмбриональное редактирование до самого конца в обход ограничений, — китайский ученый Хэ Цзянькуй, сделавший это в 2018 году. Он изменил один ген эмбрионов так, чтобы они стали устойчивыми к ВИЧ, и подсадил их двум женщинам. За это его осудили и посадили на три года. Об участницах эксперимента известно лишь то, что одна родила девочек-близняшек, а вторая чуть позже — одну девочку. По словам Цзянькуя, который уже вышел из тюрьмы и вернулся к работе, эти дети здоровы, но достоверно ничего неизвестно. При этом девочки, видимо, остались уязвимы для ВИЧ — зафиксированные изменения генома не гарантируют защиты от заражения.
Запомнить
- Генная терапия позволяет ввести в клетки человека нужные гены взамен неработающих — это способ, с помощью которого уже созданы десятки препаратов от тяжелых наследственных болезней.
- Редактирование генов сложнее, но позволяет сделать процесс более точным, а в перспективе может стать способом лечить редкие генетические болезни, создавая уникальные лекарства для каждого человека.
- Исправить все неправильные гены, а тем более каким-то образом кардинально «улучшить» геном людей пока невозможно — и такие эксперименты запрещены из-за высоких рисков и этических последствий.
У вас тоже есть каверзный медицинский вопрос? Задайте его нам — и мы попробуем найти ответ!
