Стенограмма лекции главного научного сотрудника Института общей генетики имени Вавилова РАН Сергея Киселева, прочитанной 30 ноября 2014 года в рамках Фестиваля публичных лекций #ЗНАТЬ – совместного проекта информационно-аналитического канала «Полит.ру» и Департамента науки, промышленной политики и предпринимательства г. Москвы.
Борис Долгин:
– Добрый вечер, уважаемые коллеги. Мы начинаем очередной день нашего Фестиваля публичных лекций #Знать – совместного проекта информационно-аналитического канала «Полит.ру» и Департамента науки, промышленной политики и предпринимательства правительства Москвы. Мы рады впервые видеть у себя Сергея Львовича Киселева, хорошо нам знакомого, но никогда еще не участвовавшего в лекциях «Полит.ру», главного научного сотрудника и начальника отдела эпигенетики института общей генетики РАН. Тема лекции – «Гены клетки и биотехнологии».
Сергей Киселев:
– Спасибо. Добрый день. Во-первых, я хотел бы поблагодарить аудиторию за то, что интересующиеся люди нашли время, пришли сюда, в здание Арсенала, в выходной день. Когда-то здесь хранилось оружие, были оружейные склады. Это было давно. А теперь тут немного другое знание, немного другая пища, более духовная. Итак, сегодня мы поговорим о генах, клетках и биотехнологиях. На самом деле, все эти слова, особенно последнее – «биотехнология» – достаточно хорошо известны, и вы слышали это слово. Оно достаточно часто звучит сегодня. Но вы себе даже не можете представить, насколько древнее это слово и насколько древние эти технологии. Первыми технологиями, которые были освоены человечеством, были биотехнологии. Биотехнологии были в первую очередь связаны с тем, что было необходимо сохранять продукты питания на долгий срок. Поэтому: вино – биотехнологическая продукция; сыр, хлеб – это все первые биотехнологические продукты, которые осваивало человечество и которые появлялись, росли и совершенствовались параллельно с развитием человечества.
Но в тот же момент понятно, что технологии зачастую возникают из необходимости. Они как бы «подсмотренные», зачастую мы не знаем, почему происходит тот или иной процесс. Почему виноградный сок бродит и получается вино? Это стало известно только в XIX–XX веке, почему происходит брожение, каковы законы, какова научная подоплека, которая лежит в основе той или иной технологии. И, конечно же, те биотехнологии, о которых мы будем говорить сегодня, немного отличаются от тех биотехнологий, которые росли вместе с человеком, но они тоже касаются непосредственно человека. Если первые биотехнологии касались «живота человеческого», то биотехнологии сегодняшнего дня тоже касаются живота человечества, но уже немного в другом плане. Те продукты были созданы для пропитания, теперь мы создаем технологии, чтобы человек мог дольше питаться. Дольше сохранять свое здоровье. В основном мы будем говорить о тех биотехнологиях, которые лежат в области медицины.
Для того, чтобы правильно говорить и рассуждать, а потом правильно задавать вопросы и понимать ответы, надо поиметь некий общий язык. Поэтому сначала мы сделаем небольшой общеобразовательный курс, который коснется у нас, собственно, предмета нашей лекции – генов, клеток, и затем биотехнологий.
Напомню вам, что хотя биотехнологии возникли вместе с человечеством, то, что все организмы состоят из клеток, было установлено достаточно недавно. В 1860 году появилось теория клеточного строения организма. Что все организмы состоят из клеток; что клетка является основополагающей функциональной единицей организма, что «omnis cellula е cellula» – все живое состоит из клеток, клетки происходят из предсуществующих клеток. На самом деле, это был достаточно большой для того времени прорыв, который позволил объединить весь живой мир в единое целое. И растения из клеток, и животные из клеток, и все происходят из клеток. Далее клеточная теория развивалась, чтобы ее развивать, нужны были определенные технологии. И, например, профессор Рос Гаррисон, работающий в американском университете, первым в мире в начале XX века смог культивировать клетку вне организма. Он вырастил всего лишь нейрон лягушки, но этот нейрон жил очень долго вне организма. И профессор Гаррисон являлся основоположником клеточной биологии, тех подходов, технологий, которые используются сегодня в лаборатории. Русский ученый Александр Максимов говорил: «За какой бы биологический вопрос ни взялся исследователь, всюду в конце концов ему придется считаться с клетками, составляющими организм». Он понимал, что основа любого организма – клетка, и ее надо очень хорошо знать. Откуда же происходят эти клетки? Александр Максимов еще в Санкт-Петербурге занимался изучением клеток крови. И именно он был основоположником теории о том, что все клетки крови происходят из единого предшественника – стволовой клетки крови. На самом деле хотя Александр Максимов и не ввел первым в мире термин «стволовая клетка», до него этот термин лет за 30 ввел Валентин Хакер, немецкий ученый, но он первый построил теорию стволовой клетки.
Нельзя не упомянуть американского профессора Жака Лёба, который изучал клетки и пытался не только их изучить, но и каким-то образом научиться их контролировать, направить их развитие. Он исповедовал инженерный подход. Он сказал: «Поведение наших клеток, как и наше поведение, инстинкты, запрограммировано наследственным аппаратом». Тогда еще никто не знал, в чем существует наследственный аппарат. Жак Лёб пытался каким-то образом контролировать развитие клетки. Он работал с клетками морского ежа, такого достаточно простого морского организма, и занимался изучением его раннего эмбрионального развития. И обнаружил, что может запустить из яйцеклетки морского ежа развитие целого организма, всего лишь изменяя соль снаружи этой яйцеклетки. Он был первым, кто продемонстрировал возможность партеногенетического развития организма. Конечно, это был его очень большой вклад, и он являлся, наверное, основоположником современных вторичных репродуктивных технологий. То, что сегодня называется ЭКО. Но самое замечательное, чем закончилось его открытие партеногенеза, что с помощью изменения солевого состава можно запустить процесс, аналогичный процессу оплодотворения. А в итоге в американской прессе это было так дано журналистами, что дамы стали избегать купаться в море, боясь забеременеть. Наука и технологии имеют иногда разные толкования, разные аппликаторы.
Наука продолжала развиваться. Появлялись новые инструментальные методы, которые позволяли делать принципиальные открытия. И тут нельзя не признать заслугу Ханса Шпемана, немецкого ученого, который первым применил, разработал технологию микроманипуляций. Он брал тончайшие капилляры, вытянутые из стеклянных трубок, очень тонкие, так, что это позволяло ему манипулировать с отдельными клетками и даже в некоторых случаях – с внутриклеточным содержимым. Он установил закон, с помощью своих инструментов перенося ту или иную ткань из развивающегося организма в разные части, за что ему в 1935 году была вручена Нобелевская премия «За организующие эффекты в эмбриональном развитии». Это значит, что клетки могут подчиняться законам соседних клеток. Если мы возьмем ткань из другой части и перенесем в ту часть, которая в раннем эмбриональном развитии только в определенный момент, но формирует зачатки глаза, то из этой ткани, действительно, разовьется зачаток глаза. Он пользовался совершенно фантастическими инструментами. Вот тут показана, например, еще не поделившаяся яйцеклетка, так вот, там существуют два пронуклеуса после оплодотворения. Он использовал человеческий волос – вот эта красная линия у меня вместо волоса – перетягивал эти две клеточки и делил их механически. И потом мог из них получить два отдельных организма.
Клетка является основополагающей функциональной единицей всех живых организмов.
Клетки происходят из существующих клеток.
Стволовые клетки, о которых писал Александр Максимов, могут быть главнее, что впоследствии было доказано.
Клетки могут подчиняться законам соседних клеток, они живут в сообществе.
И клетки «живут двойной жизнью. В мире химии и в мире смысла».
Теперь переходим к другому разделу. Мы знаем, что все организмы состоят из клеток, в том числе и человек. Клетка – это не шарик, не пузырик, наполненный водой, в котором что-то плавает. Там все очень строго зафиксировано в каждом месте. В клетке есть ядро, в ядре есть хромосомы, в хромосомах есть ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, – которая является носителем генетической информации. Она состоит из отдельных оснований, и комбинации этих оснований в этой большой молекуле, а она полтора метра длиной, в каждой клетке человека обнаруживаются. В одной клетке человека содержится 3х109 оснований ДНК. То есть вся генетическая информация о человеке – это 3х109 оснований. Если говорить современным языком, то… У каждого из нас есть флешка размером 3 Гб. Так вот, каждая человеческая клетка – это флешка с информацией 3 Гб. Причем организм человека состоит в среднем из 5х1013 клеток. Вся информация, записанная на каждой флешке, абсолютно одинаковая.
Так вот, теперь – современная теория генома. У нас есть флешка – генетическая информация. Это то, что еще другими словами называется «геном». Что собой представляет геном, вся эта ДНК? Сегодня мы знаем, что, если три Гб – это вся флешка, то всего имеется, как считают ученые, порядка 30 000 генов, и они составляют всего 50 Мб информации с флешки. То есть мы знаем всего полтора процента ДНК. Гены – это та ДНК, которая кодирует белок, а вся остальная ДНК – якобы бессмысленная. Якобы. То есть она не вписывается в старое понятие генов. Почему есть старое понятие генов? Потому, что существует так называемая «центральная догма молекулярной биологии»: что у нас есть ген, записанный в ДНК, с него считывается одноцепочечная копия в виде молекулы РНК, и из этой молекулы-посредника уже считывается, транслируется белок. И вот этот белок и формирует этот фенотип. Белок – это фенотип. То, что лежит у нас в основе – это генотип. Вот это некая существующая догма молекулярной биологии. Которая как раз сегодня за счет этой якобы «бессмысленной» ДНК несколько подвергается сомнению. В каком плане? Конечно же, есть эта прямая «ген – РНК – белок». Но как все это работает? Как такое может получиться, за это отвечает вот эта желтая, то, что мы еще не очень хорошо знаем. Но зато мы уже достаточно хорошо умеем делать другие вещи. Мы можем специальными ножницами вырезать ген и перенести его из генома в отдельную вирусную частицу. Например, в аденовирус. Знаете, что это такое? Мы все чихаем, кашляем – потому что нас заражает аденовирус. Если мы в аденовирус поместим какой-то интересующий нас ген и этим аденовирусом заразим, значит, этот ген попадет в нас и будет работать. То есть мы получаем инструмент для переноса гена. Такие инструменты используются для такого направления современной биотехнологии, как генная терапия.
Гены тоже бывают разные. Как и клетки – есть поглавнее, а есть попроще. Есть гены-господа, которые называются «транскрипционные факторы», а есть гены, которые выполняют какую-то «нижнюю» функцию самой маленькой куколки, самой последней. Гены транскрипционных факторов – это самые важные гены, они продуцируются в белки, которые связываются непосредственно с молекулой ДНК и запускают работу других генов. Эти транскрипционные факторы очень мощны. Например, у дрозофилы был когда-то обнаружен ген Pax-6, который отвечает за развитие глаз. Вот если этот ген убить, то у дрозофилы не будет глаз. Убили – нет глаз. А если мы заставим этот ген работать где-нибудь в другом месте? Например, на ноге? Заставили – на ноге вырос глаз. Та старая шутка, что таракан видит или слышит ногами, правдива, потому что, действительно, у таракана могут быть и уши и глаза на ноге. Если, конечно, с ним поработали генные инженеры.
Теперь идем дальше. Мы уже говорили о клетках, о том, что мы представлены таким организмом. А как мы появляемся, как все происходит?
Все происходит просто. Оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом, первые деления. Тут они показаны схематически, а вот тут идет совершенно четкая картинка. И, по сути, когда получается первая клетка – мы же все когда-то были одноклеточными, это надо с гордостью признать – мы имели такую вот «флешку» с личными тремя мегабайтами персональной информации, персонального генома. Потом прошло некое развитие, и сначала все клеточки одинаковые, потом начинается клеточная специализация, потом – многообразие, и потом получается целый организм, в котором 200 различных типов клеток. То есть флешка информационно одна и та же, со всеми гигабайтами, а выглядит каждая флешка уже по-другому, не так, как эта, и друг на друга не похожа. Каким-то образом одна и та же генетическая информация реализуется по-разному, чтобы сформировать вот такое человеческое тело. От чего это зависит? От взаимодействия нашего генома с окружающей средой. Окружающая среда при этом – это и отключение электричества на долгое время, и питание, и очень многие факторы, которые влияют на конечный фенотип – внешний вид – организма. Я тут представил развитие организма в виде одной-единственной клетки, которая находится на вершине такой горы. Почему горы? Потому что когда клетка находится на вершине, яйцеклетка, из которой происходит весь организм, запасла большую потенциальную энергию. Помните аналогию со школьным курсом физики, когда шарик закатывают на перевернутое блюдечко, он там скатывается. Вот так же катятся и клетки, они начинают «специализироваться» и делиться, и при взаимодействии с различными отрогами горы они уже не выглядят такими одинаковыми, они становятся несколько другими, формируя на каждом этапе, на каждом срезе тот или иной вид организма. Например, на раннем развитии у нас будет вот такой вид организма, в дальнейшем происходит «специализация». Если клетка была вот такая малиновая, она дошла до двух «отрогов» и она тем или иным способом взаимодействует с соседними клетками, с реальными физическими условиями, с которыми она находится, она может стать либо желтенькой, либо зелененькой, условно говоря. А если она пошла по этому отрогу, то она так и сохранится того цвета, той «специализации», которая и должна быть. И они все движутся к своей точке наименьшей энергии, к подошве горы, формируя тот или иной клеточный тип, ту или иную специализированную ткань – кровь, нервы, мышцы и так далее. И от этого взаимодействия генома индивидуальных генов с окружающей средой в процессе развития может получиться различный конечный организм. Может, при взаимодействии одного генома со средой получается такой организм, если мы возьмем другой, немного отличающийся геном, получится другой организм. Но принципы остаются одни и те же. И обязательно взаимодействие генома и окружающей среды.
Это был короткий образовательный курс. Нужно кое-что запомнить, чтобы мы могли свободно перейти к дальнейшим рассказам о биотехнологиях, в отношении генов следующее. Что мир химии клетки – это ДНК, которая кодирует гены. Все очень просто. Геном – три информационных гигабайта, и физически это три гигабайта в каждой клетке, реально – содержит всю информацию о возможностях клетки. Генов в старом понимании, о которых мы говорили, на самом деле, очень мало. Но много ДНК, которая, не преобразуясь в белок, формирует фенотип. Гены могут быть главнее, могут быть попроще. И генетическая информация реализуется в зависимости от внешних факторов. Действительно, сейчас современные методы анализа генома показывают, что внешние факторы на конечное формирование организма оказывают гораздо большее влияние, чем мы предполагали. Другое дело, что это не всегда те признаки, которые проявляются. Они достаточно редко наследуются, то есть даже несмотря на то, что внешний фактор в нас может находить проявление, он не наследуется. А мы ставим другую задачу, поскольку мы как ученые, как технологи, пытаемся сделать некие вещи, которых не существует в природе. Мы есть внешний фактор по отношению к клетке, к развивающемуся организму, можем ли мы заставить работать гены в клетке так, как нам хочется? Можем ли мы контролировать процессы, которые происходят в клетке, в организме, в процессе индивидуального развития?
Тут возвращаемся к Хансу Шпеману, который разрезал, пересекал ранний эмбриончик волосом, из чего потом развивался нормальный эмбрион. Так вот, с конца 60-х – начала 70-х годов эта технология такого практически «клонирования» достаточно активно используется в животноводстве, когда из всего одной яйцеклетки, из одного раннего эмбриона можно получить две совершенно идентичные особи. Но – бог с этой технологией, хотя эта биотехнология используется. Смотрите – вот была одна клетка, из нее мы все произошли. Две – они обладают тем же самым потенциалом. Что-то есть в этой клетке, что делится пополам и имеет такую же самую потенцию, которая может дать двух здоровых особей. И когда еще Шпеман это делал, задавался вопросом: «А можем ли мы те факторы, которые находятся в цитоплазме клетки, использовать, чтоб повлиять на какой-нибудь генетический материал?» Но тогда «не было» генов и на что влиять, было непонятно. В 1950 году стали приближаться к пониманию генов и стало очевидно, что гены присутствуют в ядре в виде хромосом, и американцы Бриггс и Кинг задались таким вопросом: давайте мы возьмем ядро, то есть генетический материал из клетки взрослого организма, и перенесем этот генетический материал в цитоплазму развивающегося яйца (они работали на лягушках), предварительно удалив оттуда всю генетическую информацию.
То, о чем я говорю, сегодня на жаргоне журналистов называется «клонирование». А по-научному это просят всегда называть «перенос ядра соматической клетки в энуклеированную яйцеклетку». Длинно. Поэтому будем все-таки пользоваться термином «клонирование», чтобы сократить время. Так вот, получалось, что, используя генетический материал одной особи и цитоплазму яйца другой особи, можно было получить – давайте так скажем – «химеру» между этими двумя особями, где генетический материал будет принадлежать донору, а обеспечивать выполнение программы, химию, которая содержится в яйце, будет яйцеклетка другой особи. Бриггс и Кинг в 1952 году эти эксперименты начали, в 1962 году Джон Гердон подхватил эту лавровую ветвь, которую они несли, и это завершилось тем, что в 2012 году Джон Гердон получил Нобелевскую премию (к тому времени Бриггса и Кинга уже не было, а Нобелевская премия вручается только живым). Это – технология клонирования, мы даже еще не знаем, какие гены, но знаем, что в ядре – гены. И мы знаем, что есть клетка с большими возможностями – яйцеклетка. И, совмещая эти две вещи, мы сделали биотехнологию клонирования. Что сегодня представляет собой био-технология клонирования? Фантастическую вещь! Тут приведено немного истории: в 1952 году Бриггс и Кинг, 1962 год – Джон Гердон. Самое поразительное – недавно обнаруженная информация, но она достоверна, о клонировании, которое было проведено в Китае в 1963 году. Сначала был клонирован карп, а в 1973 году тем же ученым Тонгом было проведено межвидовое клонирование. На самом деле на сегодняшний момент это единственный пример межвидового клонирования. Вы, наверное, слышали, что хотят клонировать мамонта, но для этого использовать слониху? Это тоже будет межвидовое клонирование. Но пока на Земле удавалось произвести межвидовое клонирование двух видов карпов: карпа азиатского и карпа европейского. Это хотя и два разных вида, но достаточно близкие, впрочем, как и мамонт и индийский слон. Потом пошла овечка Долли, мышки, коровы, свиньи и так далее. Вот тут приведена шестилетняя лошадка, она клонированная, я видел ее месяц назад, она сейчас начинает принимать участие в скачках. Это нормальная клонированная такая особь. Сегодня на земле порядка полутора тысяч клонированных животных, в основном это сельскохозяйственные животные, в которых заложены очень ценные качества. В основном это бычки и крупный рогатый скот, который служит производителем. На основе одного изначально клонированного животного за счет его естественного размножения потом создается целое стадо. Но основателем этого стада является клонированное животное. В США есть такая компания Food & Drug administration, что-то типа министерства по лекарствам и пищевым продуктам, оно разрешило использовать в пищу американцев мясо клонированных животных, не найдя там никаких проблем.
Самое фантастическое, что нам дают сегодня клонированные животные, это свиньи. Почему? Может быть, вы краем уха слышали, что свинья достаточно близка к человеку. Или человек близок к свинье, тут уж история умалчивает – кто от кого произошел. По расположению органов, по размеру органов, по иммунологическому статусу свинья достаточно близка к человеку. Для первых трансплантаций органов даже при значительной иммуносупрессии использовались те или иные органы свиньи. Увы, неудачно, потому что все равно отторгались. Она близка, но не идентична. И существует пара так называемых очень сильных антигенов, по которым происходит отторжение органа, который трансплантируется. С использованием технологии клонирования сегодня уже создано и есть на Земле два поколения свиней, у которых антигены несовместимости с человеком удалены. То есть эти свинюшки и их потомство еще более совместимы, и в принципе, их ткани и органы, наверное, через какое-то время будут пробоваться в соответствующих клинических экспериментах для трансплантации людям.
Есть достаточно большое количество заболеваний человека, и в основном они все изучаются на мышах. Мышка удобна, новую мышку можно иметь уже через 21 день. 21 день беременности, и мы имеем 20 новых мышат, пожалуйста. Но мышка – это другая иммунная система, там еще и хвост есть – не то. Свинья – лучше. С использованием технологии клонирования сегодня на свиньях сделано исследование несколько таких сложных заболеваний, одно из которых – боковой амиотрофический склероз. Очень сильное нейродегенеративное заболевание, для которого не существует сегодня никаких лекарств. На двух поколениях хрюшек это заболевание изучается, подбираются лекарственные средства. Создана модель болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера. То есть это максимально приближенные к человеку модели заболевания. На самом деле эта технология сейчас работает очень хорошо.
Но я предлагаю обратить внимание на 2013 год, когда был клонирован человек. Да. Это сделал наш с вами соотечественник Шухрат Миталипов. С начала 90х годов, после защиты кандидатской диссертации, он работает в Америке – ему не нашлось здесь места в общежитии. Он был первым, кто произвел клонирование приматов. Но и обезьяны, и человек – это был другой тип клонирования. Если про лошадок и хрюшек мы говорили о репродуктивном клонировании, то есть мы получаем новую особь, делаем репродукцию, то ни в случае с обезьянами, ни в случае с человеком о репродуктивном клонировании речи не шло. А речь шла лишь о том, что сделать всю манипуляцию переноса ядра, дорастить эмбрион до определенной стадии – когда возникает первая специализация клеток стадии бластоцисты, и с этой стадии получить так называемые эмбриональные стволовые клетки. В чем смысл эмбриональных стволовых клеток, почему вокруг них очень много шума? Во-первых, их получают из внутренней клеточной массы бластоцисты человека. В норме именно из этих клеток впоследствии развивается весь организм человека. Не из этих вот наружных клеток, а вот из этих, клеток внутренней клеточной массы.
И тут, чтобы понять, откуда тут ноги растут и показать это, я должен перейти к другому величайшему технологическому открытию нашего века. Его сделал Роберт Эдвардс на основе тех наблюдений, которые сделал Жак Лёб с морскими ежами. Эдвардс начал работать с начала 40-х годов сначала с мышками, крысами, потом с кроликами, потом с овцами. И он пытался проводить экстракорпоральное оплодотворение тех или иных организмов. Что такое «экстра»? Это значит вне человеческого тела. Он брал сперматозоид, брал яйцеклетку, производил слияние в искусственной среде и потом старался вырастить этот эмбрион до определенной стадии. В конце концов в конце 60-х годов ему удалось успешно вырастить эмбрион человека. А эмбрион человека, который потом имплантируется в матку, это как раз так называемая стадия бластоцисты. До этой стадии развитие, считаем, происходит даже вне материнского организма, не происходит никаких контактов. И только на стадии «поздней бластоцисты» происходит имплантация.
Так вот, в конце 60-х годов Эдвардс был готов поставить первый клинический эксперимент на человеке, к сожалению, ему этого не разрешили. И первая рожденная девочка поэтому появилась в 1978 году. Практически на 10 лет позже, чем это могло бы быть. Сегодня таких детей, рожденных с помощью ЭКО, более 5 млн человек.
Тут как раз бластоциста показана. Первая специализация клеток происходит. И во время ЭКО таких бластоцист получается очень много. Далеко не все они хорошего качества. Из 1–2 хороших, идущих на имплантацию, потом рождаются дети. Плохого качества бластоцисты идут в помойку, либо часть может быть заморожена. Кстати, это проблема – в мире сейчас заморожено порядка 20 млн бластоцист. Что с ними делать дальше? Бесконечно их держать в жидком азоте? Многие говорят: «Нет, их нельзя выбрасывать, это человеческие жизни!» И они копятся в азоте либо идут в помойку. Выбросить в помойку – это не человеческие жизни, а те, которые в азоте – это человеческие. Но из этих бластоцист и Шухрат Миталипов, и до него люди научились выделять эмбриональные стволовые клетки человека. Насколько они хороши? Из них действительно можно получить в лабораторных условиях очень много специализированных клеток. Но они настолько хороши, что, даже если мы их очень долго будем мурыжить в лабораторных условиях, а потом они попадут в то же самое место, из которого были взяты, то есть в бластоцисту, и эта бластоциста будет имплантирована животному (эти эксперименты были поставлены на животных), то из них родится целый организм. Здесь приведена технология т.н. «генетического нокаута» с использованием эмбриональных стволовых клеток мыши. За разработку этой технологии в 2007 году была вручена Нобелевская премия.
В чем заключается технология? В том, что у нас есть эмбриональные стволовые клетки, которые растут в лабораторных условиях. Как оказалось, они не меняют свои свойства, а мы над ними можем как угодно издеваться. Как издеваться? Возьмем и удалим там какой-нибудь ген. И потом из этих клеток с удаленным геном получим животное и посмотрим, как это сказывается на целом животном. Вдруг оно помрет? Если помрет, то это хорошо, потому что тогда понятно, что этот ген летален. А если не померло и живет? Гена нет, и надо найти функцию этого гена. Это проявляется не сразу и послужило основой для создания целого банка определенных мутаций, когда удалены те или иные гены и когда создаются модели заболеваний. Но в данном случае – на мышках. Это, конечно, не свинки, как мы говорили, но эти мышки имеют преимущество в 21 день. Сегодня уже нокаутировано, удалено, и изучается подобным образом на уровне целого организма порядка 18 тысяч генов мыши. Что мышь, что человек, количество генов примерно то же самое, да и гены одинаковые. То есть это еще одна технология, которая используется на все 100% и получила признание в виде Нобелевской премии. А что же с эмбриональными стволовыми клетками человека? С ними было все хорошо, им пророчили большое будущее, потому что из них в лабораторных условиях можно получить и клетки крови, и нейроны, и всякие клетки. Вот тут – данные 2005 года по предсказаниям рынка США, какую часть будут занимать продукты на основе эмбриональных стволовых клеток человека, и какую на основе стволовых клеток взрослого организма. Видно, что доля продуктов на основе эмбриональных стволовых клеток человека существенно больше.
Сегодня такого нет. Как всегда, все эти журналисты и «прогнозеры» обманывают. Всегда ожидания оказываются гораздо больше, чем есть на самом деле. Потому что не так все просто получается. Мы говорили, что с помощью технологии ЭКО Роберта Эдвардса родилось 5 млн детей. С помощью этой технологии, если мы используем эмбриональные стволовые клетки мыши, рождаются нормальные мышата. Когда? Когда эти клетки – эмбриональные стволовые в конкретном случае – попадают в правильное время в правильное место. То есть тогда, когда мы можем взять клетку, зная ее функцию, и поместить ее – либо идет имплантация, либо введение в бластоцисту, как в случае мышки – они попадают в правильное место и в правильное время. И тогда все получается хорошо, природа как бы сама подхватывает и уже выполняет функцию. Но эти клетки оттуда и взяты. Почему продукты на основе клеточных технологий сегодня не имеют еще большого распространения? На самом деле в основном это диктуется тем, что мы не очень хорошо умеем их получать, честно говоря. Но есть и вторая большая проблема. Медики не знают, куда их надо «засунуть». Что умеют медики? Делать укол. В руку, в попу. Все. Вот и колют так клетки. Но они же должны находиться на определенных местах! Это действительно так! Даже тогда, когда для лечения болезни Паркинсона эти клетки используются, организовываются консорциумы, десятки организаций, тысячи людей, стереотаксически вводятся клетки. Что такое «стереотаксис»? В определенный район мозга вводятся некие клетки, действительно, но все равно с помощью укола! Ну, чуть-чуть точнее, чем просто куда-то под лопатку. Но и еще не с этим было связано, а с тем, с чем уже столкнулось слабое развитие работ и практики с эмбриональными стволовыми клетками человека – с тем, что они берутся, в общем-то, из эмбрионов человека, что для этого надо разрушать тот эмбрион, который либо лежит в помойке, либо через какое-то время после хранения из азота тоже туда должен попасть. Джордж Буш – старший в свое время сказал: «я этого ничего не хочу, и мы ограничим финансирование всего этого направления». Это имело негативные последствия по всему миру, кроме некоторых стран – Китая, Сингапура, где эти исследования не были ограничены. Но в странах с хорошо развитой наукой исследования были ограничены, и по сегодняшним оценкам американских ученых, это отбросило их лет на 15–20 назад. Это не было запрещение, это было ограничение федерального финансирования этих разработок. А научные исследования может финансировать только федеральный бюджет, никто больше.
Но тем не менее продукты на основе эмбриональных стволовых клеток существуют, и они удивительны. Например, компания «Герон» проводит клинические испытания клеток под названием олигодендроциты, полученных из эмбриональных стволовых клеток. Что такое олигодендроциты? Вы все знаете, что у нас есть нервы. Мы все – комок нервов. По нервам бегут сигналы, как бежит электрический ток (по проводам). Действительно, нервы – проводящие волокна, и действительно, как ток что-то проводят. А если это провод проходит, он должен быть изолирован. Потому что, если не изолирован, пойдет вбок и что-нибудь не то случится. Так вот, в качестве изолятора выступают олигодендроциты.
Вот тут показано, что он держит два «контактных провода», два наших нерва разомкнутыми. Через него не возникает «короткого замыкания». При острой травме спинного мозга хирурги могут чисто физически соединить два оборванных нервных пучка, но им не удается нормально восстановить «изоляцию». То есть восстановить функцию олигодендроцитов. Именно для этого сначала начала разработку компания «Герон». Она ее вела очень долго, и на протяжении 5 лет администрация США – FDA – тормозила начало клинических испытаний, так что они даже были вынуждены переуступить права другой компании, но в 2012 году эти клинические испытания были начаты. Всего 5 человек получили подобное лечение. Вообще, сегодняшний путь любого такого биомедицинского продукта, особенно на основе генов и клеток, очень долог. Есть три фазы клинических испытаний. Примерно это занимает 10 лет. Смотрите, как исследователи формулируют для себя, как они будут это вести: наблюдение длится 2–3 года, «исследование будет продолжаться еще 15 лет»! То есть есть опасения отдаленных эффектов – каковы они будут? Люди разумно планируют свою деятельность на 15 лет. Правда, надо сказать, что рынок, который они ожидают получить, порядка 2–3 млрд в год долларов, могут в конце концов они иметь на использовании этой технологии.
Следующая интересная технология на основе опять-таки производных из эмбриональных стволовых клеток. Из одной линии эмбриональных стволовых клеток можно получить олигодендроциты, клетки сетчатки, кардиомиоциты – это универсальные клетки, из которых, вообще-то, формируется целый организм. Но вне организма только некоторые вещи получают. Вот идут клинические испытания клеток сетчатки глаза. Есть наследственная слепота, она связана с теми или иными генетическими дефектами, наступать она может в разные периоды. Иногда бывает как амавроз Либера, это генетическая мутация – и человек с рождения не видит. А, например, макулодистрофия Штаргардта – человек начинает слепнуть с 15–20 лет. Если сейчас предпринимаются первые попытки лечить амавроз Либера генной терапией, то в случае с макулодистрофией Штаргардта, когда отмирают определенные типы клеток, можно попытаться трансплантировать клетки сетчатки. Это, конечно, тоже связано с генетикой, но немного другое проявление патологии получается. И такое клиническое испытание также было начато в США и успешно продолжается, уже есть весьма положительные результаты. То есть опять-таки это зарождающаяся технология на основе клеток пока только.
Мы продолжаем задавать тот же самый вопрос: «А можем ли мы («мы» – это внешний фактор) заставить работать гены в клетке так, как нам хочется?» Почему это нужно? Мы говорили об эмбрионально-стволовых клетках. Но есть некий этический момент – разрушение эмбрионов. Второй момент – технологический, потому что эмбриональные стволовые клетки и продукты, которые из них получаются – в случае, например, применения клеток сетчатки либо олигодендроцитов – все идут на фоне иммуносупрессии, потому что это – не наши родные клетки, они чужеродные. И возникает иммунологическая несовместимость. А можем мы из самих себя каким-то образом, помешав палочкой слева направо, потом справа налево, получить такие же волшебные, замечательные клетки, универсальные, как эмбриональные стволовые, но чтобы они нам подходили? Мы картинку, как происходит развитие, уже смотрели, эмбриональные стволовые клетки занимают позицию, фиолетовым нарисованную. Для них сейчас, естественно, известны те или иные самые главные гены, гены-господа, которые определяют их стадию. Методом клонирования получается изменить внешний вид «флешки». А можем ли мы попробовать внешний вид «флешки» изменить более простым способом? Взять гены-господа, гены транскрипционных факторов, которые работают в этих сиреневых клетках, и ввести их в другие клетки, например, клетки кожи, и что из этого получится? Не так давно, в 2006 году, японский ученый Синья Яманака и его аспирант Такахаши решили попробовать. Они взяли 24 гена транскрипционных факторов, которые присутствуют в эмбриональных стволовых клетках. Вы помните, что гены транскрипционных факторов – самые главные, они определяют все. Так вот, они взяли 24 гена, поместили их в вирусные частицы и этими вирусными частицами заразили клетки кожи. И три-четыре недели терпеливо ждали. А через три-четыре недели увидели, что эти клетки кожи стали у них совершенно другими, причем настолько другими, что у них это стало напоминать как раз эмбриональные стволовые клетки! То есть те клетки, в которых эти 24 транскрипционных фактора и должны работать! Получилось, что с помощью большого количества генов они могут репрограммировать клетки кожи до юного состояния. Постепенно они стали уменьшать количество этих факторов по определенной технологии (ребята были не дураки), и в конце концов пришли всего лишь к четырем генам транскрипционных факторов– «Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc», – которые получили название «магического коктейля Яманаки».
Это официально принятое название в научной литературе. Еще есть «Magic four». Чтобы не путаться, мы будем называть их «Магическая четверка». И ее достаточно для того, чтобы клетки кожи взрослого организма – вашего организма – перевести в юное эмбриональное состояние. То есть на уровень примерно пятого дня развития. Насколько они хороши? Так-то получается, что да, хороши. Они настолько хороши, что из клетки «хвоста» каждого можно получить его всего, от хвоста до головы. Смотрите, как это делается: называется «тетраплоидная комплиментация». Есть такой трюк: если мы возьмем двухклеточный эмбрион мышки (речь, конечно, идет не о человеке, а пока о мышке), то есть произошло только первое деление оплодотворенной яйцеклетки, и у нас получится две клетки, каждая из которых будет иметь диплоидный набор хромосом 2n. Если мы эти две клетки ударим электрическим током, слегка, не сильно, то они сольются. У них образуется одна мембрана и одно ядро, где получится тетраплоидный набор. «Тетра» – четыре, «четырехплоидный» набор. И эта клетка будет дальше развиваться до определенной степени. До стадии знаменитой бластоцисты, когда происходит первая специализация клеток на наружный слой и внутренний слой. Наружный слой служит для того, чтобы как раз имплантироваться в организм матери. Из внутреннего слоя, как мы знаем, вообще развивается весь организм, получают эмбриональные стволовые клетки.
Так вот, если мы возьмем тетраплоидный, то окажется, что с наружным слоем клеток все нормально и он позволит имплантироваться, а вот из внутренней клеточной массы ничего не развивается. А мы возьмем и введем туда наши «IPS-клетки», которые как раз с нормальным набором 2n. Помните, такая технология уже была использована, и за нее была дана Нобелевская премия «генетического нокаута». Мы вводим – и что получается? У нас развивается целиком организм и рождается вот такая желтая мышь. То есть если мы из хвоста мышки (вот этой) взяли одну клетку, репрограммировали ее хвост до плюрипотентного состояния и потом ввели в бластоцисту, мы опять получим целый организм. Технология, которая, грубо говоря, делает такое утверждение правомерным: что на сегодняшний день, если мы имеем вот такую мышку, либо купили фарш от коровы – там же клетки, они могут быть живые, и они и есть там живые – и такого вида клетки мы запустили в мясорубку, которая содержит «Magic Four», то мы получим клетки, которые при определенных манипуляциях дадут нам опять целое животное! То есть получается, что с помощью этой технологии фарш можно «провернуть» назад.
Теперь самое интересное – как будут проворачивать фарш. Потому что чем хорош этот «провернутый назад» фарш? Он хорош тем, что, если у нас есть пациент с какими-то наследственными заболеваниями, мы можем взять у него фибробласт, т.е. кожу, репрограммировать, получить эти индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (IPS-клетки), и в лабораторных условиях мы можем направить их в тот или иной клеточный тип. Ну, например, в мышцы, в кровь, в нервы. А если именно этот тип подвержен заболеванию, например, голова болит, значит, нервы больные какие-то, мы получим больные нервы и сможем разобраться. Мы же просто так от человека нервы не сможем взять, он же живет. Мы к нему в голову не залезем, нервы не возьмем! А через эту технологию у нас получаются его родные нервы. Причем больные. И мы на этих больных нервах можем посмотреть, почему он болеет, и подобрать какое-то лекарство. И это уже сегодня работает. Например, такое нечастое, конечно, заболевание, называется «семейная дизавтономия», возникает на определенном этапе развития, лет в 15–20–30, у человека отмирают сенсорные нейроны, и постепенно происходит деградация человека, заканчивающаяся достаточно быстро смертью. Когда вскрывали трупы – «О! Нет сенсорных нейронов! Сенсорные нейроны погибли». И человек – до того. А как посмотреть, как все изучить? Взяли у больных кожу, и у здоровых – тоже, параллельно. Все делается параллельно, здоровые сравниваются с больными. С помощью «волшебных факторов Яманаки» репрограммировали это в плюрипотентные стволовые клетки, из которых можно получить любую специализированную ткань вне организма, и, пользуясь этим, получили сенсорные нейроны. И из больных, и из контрольных. Они полностью или очень сильно соответствовали тем, что у людей в голове, но которые вынуть невозможно. И сравнили – какие гены «не так» работают в патологических нейронах по сравнению с «нормальными». Нашли некий ген, очень важный, нашли там так называемый «дополнительный вариант гена». А как можно нормализовать этот «дополнительный вариант»? И нашли такое вещество – кинетин. Было известно, что оно может каким-то образом нормализовывать этот дополнительный генный продукт. Налили этот кинетин на мутантные нейроны, которые были получены у этих людей, и оказалось, что действительно происходит нормализация гена, который был подвержен патологии.
То есть, во-первых, была обнаружена молекулярная причина того, почему человек болеет, и плюс к этому – подобрали лекарство. Сейчас этот кинетин, как «кандидатное» вещество, находится в США на клинических испытаниях и станет лекарственным средством для этих людей с синдромом Райли-Дея. Вот, пожалуйста, применение.
Есть такое заболевание, как «удлиненный qt интервал», встречается и у детей, бывает, что они от него не доживают сильно. Как бы то ни было, это некая проблема. Плюс ко всему этот «удлиненный qt интервал» сильно зависит от генотипа. Считается, что можно будет на стадии рождения ребенка, получив из его «культуры» IPS-клетки, дифференцировать их в кардиомиоциты, клетки сердечной мышцы, замерить этот «qt интервал» и, если ненормально, найти ему лекарство в зависимости от генотипа, такая персонифицированная медицина и индивидуальное лекарство. Конечно, это значительно меняет всю парадигму клинических испытаний, потому что клинические испытания могут проходить не на людях, достаточно клеток. И это получается быстрее.
Это все мы говорили, каким образом с помощью клеток мы будем проводить поиск лекарств, ну а все мечтают о лечении клетками, о клеточной терапии. Ну, а почему бы нет? Если у нас есть какие-то мутантные клетки, мутация известна – давайте попробуем в лабораторных условиях исправить эту мутацию? После этого направить их в тот клеточный тип, который страдает при определенной патологии, и трансплантировать их пациентам, у кого мы изначально взяли образцы кожи. Как я говорил, вроде все просто, но этот этап – самый сложный. Но, тем не менее, это делается. Фантастические вещи происходят как раз на этом этапе. Мне кажется, что это то, за что будет вручена Нобелевская премия в ближайшие 2–3 года. Именно исправление генетической мутации. Редактирование генома, как редактирование текста. Мы говорили уже, что геном, ДНК – это такая линейная молекула, там есть основание, то есть это какой-то текст. 90% в нем мы пока не понимаем, но неважно. Нам сейчас главное – не понимать, а уметь исправлять. На контрольном образце было вот так, если есть какая-то мутация, нам нужно ее исправить. Сегодня появилась такая технология, которая позволяет взять ножницы, разрезать одну ниточку, а потом – раз! – и вставить другой фрагментик. Первые «ножницы» для генетического «текста» были открыты на основе генов транскрипционных факторов. Помните, мы говорили, что транскрипционные факторы непосредственно связываются с ДНК? Так вот, если мы вычленим тот фрагментик белка и гена, который именно связывается с ДНК, он очень специфичен, мы к нему можем генно-инженерными способами «пришить» ножницы, которые будут разрезать во вполне определенном месте. Используя это знание, можно фрагмент функции белка взять и на основе этого сделать технологию.
А вот эта технология появилась на основе недавнего (лет 5–6) открытия того, что у бактерии есть иммунная система, оказывается. И в этом участвует наш соотечественник Федор Урнов, который работает в США и является одним из первых открывателей «ножниц» для редактирования «текста» ДНК. Это – уже первые клинические применения редактирования текста ДНК рецептора CCR5, с которым связывается вирус иммунодефицита. Если мы уже у больных людей последовательность этого рецептора изменим, удалим определенный район, то вирус СПИДа на порядки меньше будет связываться с этим рецептором. И тем самым не будет происходить развитие заболевания. Были взяты клетки иммунной системы от людей, больных СПИДом, культивируемые в лабораторных условиях, над ними произвели редактирование генома (генно-терапевтическую операцию), и потом эти клетки поместили обратно тем же самым пациентам. И период ремиссии и выживаемость у них значительно увеличились.
А вот это – совсем другая, фантастическая вещь с редактированием генома. Тут даже клетки наружу не забирали! Правда, было сделано на крыске. Крыска была с мутацией – хроническим заболеванием печени. Ей в хвост укололи генетическую конструкцию, которая исправила эту мутацию. Животина выздоровела! Ну, там всего 1% клеток оказался излеченным, но на самом деле это – много! Потому что показано, что эта технология работает. Конечно, надо улучшать все это. Но принцип есть, его надо улучшить. Эта работа была опубликована в начале 2014 года, и в середине года эта компания, которую назвали «Эдитас», привлекла в США уже 43 млн долларов.
Возвращаемся к клеткам и репрограммированию. Очень много забавных историй существует. Например, сейчас доподлинно известно, что первым осуществил клонирование человека наш соотечественник, Шухрат Миталипов, мы уже говорили о нем. А в 2004 году считалось, что первым был кореец Хван У Сук. Но в 2005 был большой скандал, и оказалось, что он этого не совершал, а результаты были «немного» сфальсифицированы. Вообще, в области стволовых клеток очень много ложно положительных сигналов, которые воспринимаются обществом и журналистами. Они впоследствии не имеют под собой ничего, но умы возбуждают. Так же возбудила умы публикация в 2014 году японской исследовательницы Харуки Обаката. Какие там гены транскрипционных факторов, зачем так сложно? Можно проще – всего лишь навсего нужна кислотная «баня». Берем клетки, погружаем в кислоту, немного воздействия – и они получаются репрограммированными! В начала 2014 года это был фантастический шок. КАК?! Это же так просто! То есть берем что-то типа мыла с pH 5.5, моем руки, плотно сжимая, и у нас тут появляются наши репрограммированные клетки?! Увы, как в сказке «Конек-Горбунок», один прыгнул – хорошо, другой прыгнул – сварился. Оказалось, что, конечно же, не все так просто, но 9 месяцев научная общественность была в напряжении, ни у кого ничего не получалось, но автор твердо стояла на своем прежде чем эта публикация была забрана из журнала и было признано, что где-то… как-то… было сделано не то. Однако это имело негативные последствия, потому что один из соавторов, очень известный ученый, который много сделал для того, чтобы дифференцировать репатентные стволовые клетки в сетчатку глаза и который оказался автором этой первой нашумевшей работы, после того, как редакция журнала Nature аннулировала публикацию, покончил с собой в Японии. Потому что для него было позором оказаться в таком «коллективе».
Действительно, бывают моменты, которые вызывают потом восторг. Например, «прямая конвертация сердечных фибробластов в кардиомиоциты». То есть немного другие гены, но тоже транскрипционные факторы, помещают прямо в вирусы, и эти вирусы вводим прямо в сердце мышки, слава богу, все было сделано на мышах. И у мышки фибробласты сердца превращаются в кардиомиоциты, то есть те клетки сердечной мышцы, которые и страдают при тех или иных патологических состояниях сердца. Фантастика получается! Таких работ достаточно много, я их здесь привел, как прямая генетическая конвертация. Наверное, наиболее хорошо из них разработана и кажется, на мой взгляд, правдоподобной, хотя я тоже могу ошибаться, это конвертация фибробластов с помощью определенных тоже генетических факторов в нейрон. Конечно же, это здорово, если так можно делать. Мы можем получать функциональные клетки. То есть раньше говорили «тот или иной тип клеток». А оказывается, что это не тип клеток, это некое состояние клетки в данный момент, которое определяется наружными окружающими условиями среды и возможностями генетического аппарата, который, в общем-то, мы легко можем изменить.
Еще немного об интересных вещах и достижениях. Вот тут я показываю: у нас в лаборатории мы растим сетчатку глаза. Вот так называемый «глазной бокал», тут он схематически изображен, а вот так он вырастает в среде, формируется, инвагинация происходит. У нас, правда, в лабораторных условиях происходит в «обратную сторону», не так, как здесь надо, а в противоположную сторону загибается, на это есть свои причины. Вырастает вот такой пигментный эпителий сетчатки. Это как раз из IPS-клеток конкретных пациентов, которые имели некое генетическое заболевание. Вот совсем недавно, 12 сентября 2004 года в Японии первый пациент получил точно такие же клетки, тут внизу можно видеть. Трансплантированы они были в глаз для восстановления зрения. Сейчас готовится второй пациент для трансплантации. Все это потихоньку начинает внедряться в практику, но пока еще на стадии испытаний.
Интересная вещь, которая может быть очень важной – использование технологий репрограммирования полипатентных клеток, например, для создания крови. Все мы знаем, что существует большой дефицит доноров, особенно в России. По сегодняшним европейским нормам положено иметь 26–28 доноров на 1000 населения. В России за последние 5 лет эта цифра упала до 13 человек. Дефицит доноров очень большой. Нужны и форменные элементы крови, и стволовые клетки крови. Эритроидная масса, например, достаточно эффективно получается в лабораторных условиях, но это требует «масштабирования» для того, чтобы можно было переходить к каким-то клиническим испытаниям. Это все движется, но когда же мы будем этим пользоваться? В общем, не скоро… Почему? Смотрите. Сегодняшний подход, который должен быть, и, наверное, он правильный, этот подход, но высокотехнологичные, где очень много знаний и технологий заложено, эти вещи не должны устранять лишь симптомы заболевания. Они должны устранять причину. Чтобы устранить причину, она должна быть установлена. Для многих заболеваний мы не знаем причины. И еще. Поскольку мы говорим о биологических вещах – о клетках, о генах – мы должны уметь их контролировать. Все мы знаем, что, вроде все хорошо, все живем, а потом – раз! – и откуда-то возникают трансформированные клетки, возникает опухоль. Природа плохо контролирует, мы должны уметь контролировать лучше, чем природа. Чтобы не допускать подобных вещей. Ну, а потом идет стандарт – любая технология должна быть безопасной, должна быть эффективной и доступной. И когда мы пирамиду на этом фундаменте построим, тогда мы и будем пользоваться всеми теми технологиями, новыми био-мед-технологиями, о которых мы сегодня говорили.
И в заключение хочу привести несколько фраз, высказываний. Был такой русский философ Алексей Хомяков, и он сказал: «Знание истины дается лишь взаимной любовью». Это первый тезис. Был другой философ – российский, советский – Петр Энгельмейер, он сформулировал так: «Инженерия есть искусство целенаправленного воздействия на природу, искусство сознательно вызывать явления, пользуясь законами природы». И, в общем-то, техника, технологии – искусство планомерное на основе известных естественных взаимодействий вызывать к жизни определенные вещи. Внизу я свои высказывания привел: «Ученый, занимаясь познанием существующего мира, то есть наукой, ставит вопросы, ранее не возникавшие, устанавливает закономерности, общие принципы, которые ранее не были известны». Но, в общем-то, нам в быту до этих законов и принципов дела нет. Потому что инженер на основе полностью известных и зафиксированных принципов и каких-то законов, создает новые вещи и технологи, которые мы употребляем, которые мы видим, которые мы ощущаем. Но для того, чтобы была создана какая-то вещь, которую мы захотим потребить, нужно, чтобы для этого существовало какое-то знание. Более того, должен быть спрос на это потребление. А спрос на потребление той или иной технологии, конечно же, зависит от вас всех, сидящих здесь в аудитории. И – спасибо.
Вопрос:
– Вы сказали, что 90% генома, минуя белок, как-то формируют фенотип. Что-то известно о том, как это реально происходит?
Сергей Киселев:
– Да, это известно. Это так называемые «регуляторные последовательности». Они определяют, в каком месте, в какое время, в зависимости от каких окружающих условий ген, который кодирует конкретный белок, будет работать.
Вопрос:
– Болезнь Дауна в свете ваших информационных технологий?
Сергей Киселев:
– Действительно, есть такая генная инженерия, связанная с болезнью Дауна. У женщин две Х-хромосомы. Причем у взрослой женщины только одна Х-хромосома должна работать. Если будут работать две, то это будет гипер-женщина, она никому не будет нужна, это будет болезнь. Поэтому на раннем этапе развития существует механизм, который одну из Х-хромосом инактивирует. Специальный механизм, он хорошо изучен. Этот механизм был использован для того, чтобы включить его генно-инженерным способом как раз в третью хромосому, лишнюю, при Дауне, чтобы она была инактивирована и не работала. В общем-то, опять некие подходы к тому, чтобы инактивировать и устранять эту лишнюю трисомию, третью хромосому функционирования, они есть сегодня.
Вопрос:
– Спасибо. Я как раз тот журналист, который «обманывает». Как выглядит с моральной точки зрения лечение редких заболеваний и превращение этого в коммерческий рынок? Даже при всем снижении стоимости недоступно для оплаты обычному человеку. И второй вопрос: биотехнологии – это что-то редкое, а в массовых явлениях есть биотехнологии?
Сергей Киселев:
– Я не очень понял второй вопрос, но по первому точно скажу: а что, не лечить – это более морально, что ли? Все что-то стоит. Причем, есть определенный класс орфанных заболеваний, редких заболеваний, и на это государством и компаниями выделяются определенные деньги, дополнительные. Конечно, это субсидии. Конечно, существуют определенные вещи, и есть определенные механизмы оплаты лечения. В общем, этот вопрос даже не ко мне, а к госпоже Скворцовой, как у нас это происходит, либо к страховым компаниям на Западе. А по второму вопросу – если вы его конкретизируете, то я отвечу.
Вопрос (продолжение):
– Что-то массовое может быть отнесено к биотехнологиям?
Сергей Киселев:
– Вообще, с этого началась лекция. Вино.
Вопрос:
– Вопрос по редактированию генома. Если у нас есть, например, какой-то здоровый кусок гена, его нужно поместить в больной орган или еще что-то. Подскажите, пожалуйста, на каком этапе это происходит? И, если я правильно поняла, это происходит с помощью вирусов? То есть создавать надо вирусы, которые будут конкретно к особой клетке с ее рецепторами доставлять, каков метод доставки?
Сергей Киселев:
– Вы все смешали в одну кучу, очень много различных вещей. Система доставки – это самая большая проблема, которая сегодня есть в медицине, чтобы любое лекарственное средство, генетическое или какое другое, доставлялось туда, куда нужно. Поэтому тут не может быть универсального совета. Что касается редактирования генома и системы, о которой вы упомянули, которая «вырезает» определенные части генома, ее можно доставлять различными способами, в том числе и с помощью вирусов. Давайте говорить о конкретном. Например, когда «делали» свинью, которая устойчива к свиной чуме, то взяли ген африканской свиной чумы, «CRISPR-Cas-систему», как вы сказали, и все это ввели в яйцеклетку нормальной домашней свиньи. Когда все произошло, получилась шикарная свинья! Если мы будем говорить о каком-то другом конкретном случае, например, когда лечили крысу от болезни печени, была взята хвостовая вена, она напрямую входит в вену порта, которая напрямую входит в печень, и туда из шприца делается укол. Это другой способ доставки. Каждый вид терапии будет требовать своего конкретного подхода.
Борис Долгин:
– Я задам вопрос. Как избежать того, чтобы время от времени, в силу каких-то странных общественных настроений, наука не отбрасывалась на 10–20 лет назад?
Сергей Киселев:
– На самом деле наука не делается обществом. Общество лишь платит налоги, которые потом распределятся. Распределяются они не обществом…
Борис Долгин:
– Но общество на это должно влиять, и где-то оно влияет.
Сергей Киселев:
– Да, совершенно верно. Обществом это должно быть востребовано. Вот почему, например, появились генные и клеточные технологии вообще? Понятно, что это пошло с Запада. Почему? Потому, что возможности стандартных лекарств уже исчерпаны. Если в прошлом веке каждая большая коммерческая компания производила в год по сотне новых лекарств, то сегодня дай бог каждая производит по штуке в год. А население постарело, его возраст – лет 70–80, причем это небедные люди, которые являются голосами в тех или иных избирательных компаниях, и они требуют для себя хорошей жизни. Вот это взаимоотношение между обществом, которое является налогоплательщиком и должно требовать свои налоги обратно в виде тех или иных достижений, и государством.
Вопрос:
– Как вы относитесь к движению «биохакеров», которое сейчас популярно в Европе? Открыли лаборатории, где буквально каждый может секвенировать геном, что-то вырастить и так далее.
Сергей Киселев:
– На самом деле положительно отношусь. Потому что это здорово, когда люди чем-то интересуются. Они подбирают какое-то оборудование на помойках, конечно, могут заразиться от всего этого и сами помереть, но это их проблемы! Что они могут произвести в этих лабораториях? Некие забавные вещи, которые им кажутся замечательными. Я вот на досуге люблю рисовать, но я же не художник. Люди занимаются чем-то, но это все лучше, чем, например, наркотики.
Борис Долгин:
– Может быть, я поставлю это в некоторый контекст и так станет проще: получила распространение такая любительская поддержка науки. Астрономы-любители что-то такое пытаются найти и послать профессионалам результаты своего анализа, выложенные в открытый доступ; по идее, это же, наверное, может происходить и с результатами исследования генома и так далее. Как наиболее эффективным образом организовать такое сотрудничество?
Сергей Киселев:
– Тогда надо разделить две вещи: технологическую и ту, где может быть какой-то crowd funding. Технологическая вещь, то есть добывание информации, сегодня в биологии стоит бешеных денег, и никакие частные, «помоечные» лаборатории, которые подбирают оборудование, не смогут получить никакой ценной информации, которая будет ценна именно человечеству. Она сейчас генерируется с большими финансовыми затратами очень сложными установками. После того, как это сгенерировано – вы упомянули секвенирование геномов – действительно, там нужны какие-то сумасшедшие пентафлопы и прочее. Тут для анализа этих вещей вполне возможен crowd funding, создание подобных структур для проведения анализа, вполне с этим согласен. Наверное, если человек может себе позволить персональную установку для секвенирования собственного генома, стоимостью полмиллиона долларов и расходников примерно на сто тысяч, чтобы провести свое собственное секвенирование генома – я рад за этого человека!
Борис Долгин:
– Понятно. Если он готов поработать с открытыми научными данными, а потом отправить их ученым…
Сергей Киселев:
– Конечно же, я считаю это очень правильным. На самом деле, так и происходит. Создаются большие консорциумы. Конечно, в основном состоят из ученых, которые направляют в определенное русло, но с привлечением различных мощностей. Я лично знаю несколько коммерческих IT-компаний, которые из-за собственного интереса участвуют в подобных проектах.
Вопрос:
– Я хотел уточнить по поводу «волшебной четверки», о которой вы рассказывали: допустим, мы искусственным путем вернули клетку в то же состояние, когда она стала стволовой, произвели какие-то манипуляции с ней, чтобы вылечить этот геном; сделали из нее нейрон, здоровый, полноценный – и как дальше происходит замещение больных нейронов этим здоровым? Если мы вводим здоровые нейроны в нервную систему человека, где гарантия того, что они заменят собой больные, а не просто будут отторгнуты системой? Как это происходит – замещение больных на обновленные здоровые клетки?
Сергей Киселев:
– Увы, я не могу ответить на ваш вопрос. Я не знаю, как происходит замещение нейронов, да и, честно говоря, не знаю таких случаев, чтобы оно замещалось. Я пытался сказать это в лекции, что это – самый сложный момент. Клетки – правильные клетки – должны попадать в правильное время и в правильное место. Мы еще очень плохо, в общем-то, можем это делать. На клеточном уровне у нас все прекрасно получается с кровью. Все знают, насколько хорошо мы умеем трансплантировать, переливать кровь. Одна из старейших технологий, которая есть. С этим получается. С нейронами – хуже. Даже проведенные многочисленным консорциумом по лечению болезни Паркинсона трансплантация клеток из фетального материала в «субстанцию нигра», я упоминал это, инъекцией, очень точно стереотаксически, в тот район, где нейроны погибают при Паркинсоне, не привело ни к какому результату, потому что погибают тела нейронов в этом месте. А их отростки, которые доставляли необходимый дофамин в другие отделы, от введенных нейронов заново не формировались. То есть это будет большая медицинская проблема – найти правильные места и время для тех или иных трансплантаций. И она в основном еще не решена, хотя для каких-то вещей, опять-таки, понятно. Для печени – понятно, куда гепатоциты трансплантировать, кровь – тоже понятно. Что-то есть понятное, над остальным надо работать.
Вопрос:
– Чисто потребительский вопрос: возможности продления жизни организма с генетической точки зрения и существующие сейчас проблемы в этой области?
Сергей Киселев:
– По-моему, проблем нет. Насчет того, чтобы как-то генетически продлить жизнь – не знаю. Но недавно было забавное исследование, проведенное одним моим знакомым из университета Упсалы: есть такой фермент, называется теломераза, за него дали Нобелевскую премию и за теломерные повторы. Этот фермент связан со старением, отсчитывает часы – на концах молекулы ДНК каждой хромосомы находятся повторчики, которые укорачиваются и укорачиваются. И, как только они укоротятся и дело дойдет до самого тела хромосомы, будет уже затронут генетически важный материал, и тогда уже трансформация, гибель и так далее. Так сказать, «часы», которые отсчитывают. Работа была опубликована пару месяцев назад. Мой знакомый изучил длину теломерных повторов крови, кровь – доступный биологический материал – у людей, которые вели в основном стоячий образ жизни, на работе и в быту, и у людей с сидячим образом жизни. И оказалось, что у «стоячих» длина теломерных повторов гораздо больше! Т.е., потенциально это говорит о том, что они предрасположены к более продолжительной жизни, чем те, кто ведет сидячий образ жизни. После этого, надо сказать, в Финляндии в нескольких университетах были закуплены конторки, чтобы работать стоя.
Борис Долгин:
– Я бы чуть уточнил, может быть, кусочек вопроса: по вашему опыту по мере продления жизни человека с каким количеством болезней, исходя из десятилетия, допустим, продления, будет сталкиваться медицина?
Сергей Киселев:
– Давайте я его немного по-другому выверну. Сегодня средняя продолжительность жизни человека в развитых странах – 80 лет. Если человечество полностью победит рак, то это увеличит среднюю продолжительность жизни на 10–12 лет. А если человечество победит еще остальные болезни, то это увеличит продолжительность жизни еще лет на 8.
Борис Долгин:
– И с какими новыми болезнями тогда столкнется человечество? За счет продления жизни?
Сергей Киселев:
– Мы же их все победим!
Борис Долгин:
– Так не бывает.
Сергей Киселев:
– Так действительно не бывает. Потому что сложно сказать. Ведь эти болезни возникают у нас с возрастом. Чем старше будет становиться человечество в массе, тем больше будет возникать тяжелых болезней, с которыми мы должны будем бороться. В общем-то, эта гонка, наверное, будет бесконечной.
Борис Долгин:
– И оценить: прибавка десятилетия – сколько это новых болезней – скорее, нельзя?
Сергей Киселев:
– Скорее, нельзя. Но, по крайней мере, для сегодняшней внешней среды, сегодняшнего состояния социума, некие предельные величины постепенно достигаются, ведь за последние 30 лет средняя продолжительность жизни увеличилась на 30 лет! Еще в 60-х годах средняя продолжительность жизни в тех же цивилизованных странах была 55 лет. А теперь она под 80. Это был резкий взлет, потому что появились принципиально новые лекарства… Во-первых, питание – всем стало хватать еды. Во-вторых, появились лекарства и медицинское обслуживание, система появилась. Это привело к тому, что средняя продолжительность жизни увеличилась. Теперь – персональная борьба с персональными болячками, это – персональный подход, который, конечно же, будет занимать очень продолжительное время. Но на сегодняшний день предельным для человека считается биологический возраст 120 лет.
Вопрос:
– Скажите: в настоящее время биотехнология являтеся одним из новых методов лечения болезней. А может ли она выступать для улучшения физических показателей и вообще выносливости профессиональных спортсменов?
Сергей Киселев:
– Конечно, может. Эритропоэтин, который вводится налево и направо – это и есть биотехнология. Он произведен биотехнологически, открыт отсюда, то есть это биотехнологическая вещь. Но наверняка есть и другие еще. Биотехнология производства препарата, воздействия чего-то – очень сложно тут разделить. Мы живем вместе с биотехнологиями. И мы их используем. Более того, все программы тренировок, все рационы питания, которые сегодня используют спортсмены – это тоже результат биотехнологий.
Вопрос:
– Существует такая услуга – определение гаплогруппы. Хотелось бы узнать ваше мнение об этом. Насколько объективные данные она может дать об этническом происхождении?
Сергей Киселев:
– Именно определение этнического происхождение или нахождение сексуального партнера?
Вопрос:
– Именно происхождение.
Сергей Киселев:
– Да, он дает ответ, очень четко относит вас к той или другой гаплогруппе и говорит о вашем происхождении. Тут нет никаких сомнений.
Вопрос:
– Я понимаю это в пределах региона, скажем так. Откуда происходят корни?
Борис Долгин:
– Стоп-стоп. Мы говорим о физической антропологии или об этническом? Это сильно разные вещи.
Сергей Киселев:
– Даже если вы более мелкий регион имеете в виду, это будет через какое-то время, когда мы будем знать больше генетических маркеров данного региона. Сейчас мы знаем про человечество земного шара, условно говоря. Потому что секвенирована тысяча человек, условно говоря, и можно установить какие-то связи, понять, каким образом это двигалось. А конкретно для села указывать – для этого нужно секвенировать сто миллионов человек. Тогда мы сможем указывать.
Вопрос:
– Я имел в виду «регион» как область мира. Не конкретный населенный пункт.
Сергей Киселев:
– Большее количество генетических данных нужно иметь.
Вопрос:
– Я совсем не из этой области, извините, если что-то неправильно скажу. Я недавно прочитала статью про рак. И она меня заворожила, но потом я узнала, что она была опубликована три года назад. Почему-то нет по этому поводу никакой сенсации, хотела спросить – насколько это правда, что причина рака – это не случайная мутация, а это некая древняя запускающаяся программа выживания материи, «как-то выжить». И еще вопрос: наследуются ли эти генетические модификации?
Сергей Киселев:
– Второй вопрос более практического плана и интереснее. Те модификации, о которых я вам говорил, все-таки проводятся вне организма. И потом это попадает в организм в виде ткани, тела человека. То, что называется «смертная сома». И никогда не попадает это в половой путь, который закладывается с самого начала. Поэтому – нет, никакие эти модификации не наследуются, для того, чтобы их сделать наследуемыми, надо работать с эмбрионом человека на стадии одной клетки. Тогда они будут наследоваться. На сегодняшний момент существует некая договоренность, что никакие генетические манипуляции, которые попадали бы в зародышевый путь человека, не проводятся. Потому что не понятно, к чему это может привести. Относительно вопроса по статье – я несколько его не понял. Вы, вроде бы, говорили «за жизнь»? У меня по отношению к онкологии совсем другое отношение – «за смерть». Что надо как-то останавливать человечество, чтобы оно не испортило всю планету.
Вопрос:
– Позволяют ли современные биотехнологии вырастить сложный орган, например, почку, и возможно ли это в медицинской практике?
Сергей Киселев:
– Сегодняшние биотехнологии позволяют вырастить такой орган, как поджелудочная железа. Но еще не почку. Поскольку есть свои ограничения. Но все-таки почка – это орган, который является фильтром, и не исключено, что в этом случае важнее будут некие ТЕХНОлогии, чем БИОтехнологии. Как бы это смешно ни звучало, развиваются нанотехнологии, они действительно многообещающие, и миниатюризация и создание специальных фильтров на основе нанотехнологий – это может быть гораздо актуальнее, чем биопочка. Так же, как, на мой взгляд, актуальнее создание механического сердца как насоса, чем создание полностью биоаналога. Тут надо всегда смотреть, что выгодно сделать механически, с существующим и оправданным инженерным подходом.
Инженерный подход. Если мы говорим о какой-то технологии и применении, мы говорим не о науке, а о применении знаний, об инженере, который сделает. Окажется ли биоинженер толковее, чем технический инженер в отношении сердца или почки? Я думаю, что технический инженер может дать тут сто очков вперед.
Вопрос:
– Недавно я прочитала статью о том, что сейчас предлагают сохранять пуповинную кровь при родах, на некоей коммерческой основе. В вашем понимании – это имеет какое-то практическое назначение? Есть ли в этом смысл?
Сергей Киселев:
– Действительно, в первый раз пуповинную кровь применили в первый раз году в 1987 для лечения детской лейкемии. Применили достаточно успешно. Пуповинная кровь появляется на свет вместе с младенцем, при рождении, принадлежит младенцу и, в общем-то, выбрасывается. Но в ней, действительно, содержится много стволовых кроветворных клеток. И они в случае возникновения лейкемии действительно могут помочь. То, что сейчас предлагается за определенные деньги – это предлагается услуга сохранения. Как вы покупаете страховой полис на машину – не дай бог, что вы ударитесь! А если ударились? Но сначала надо заплатить за полис, а потом уже получать страховку. Так же и здесь. Вы закладываете на хранение стволовые клетки своего ребенка. Но не дай бог, чтобы была какая-то лейкемия, она редко бывает. Но существует другой момент. Когда возник первый банк пуповинной крови, в середине 90-х годов в Америке появился, потом стало это развиваться. Есть как частные услуги, так и федеральные, потому что могут быть неродственные трансплантации. И то и другое существует. Но одно оплачивается государством, и должно быть использовано для всех, другое человек хранит лично для своего ребенка. Это стало развиваться. Но смотрите – я вам говорил о возникшей технологии, связанной с репрограммированием клеток. Для возвращения клеток в юное состояние. Предположим, вдруг, я заболел, не дай бог. Мне у себя брать клетку кожи, репрограммировать и так далее? А это не очень хорошо, потому что моя кожа – старая. На нее столько светил ультрафиолет, стиральный порошок попадал, масло, еще что-то. И получается, что нужны какие-то источники клеток, которые не сталкивались с внешней средой, чтобы они оставались генетически нормальными. И в этом плане клетки от новорожденного ребенка – не обязательно от пуповинной крови, вы не знаете, что будет через 10–20 лет, может, технологии такие будут, что насморк с помощью этих вещей будет лечиться, поэтому я считаю, что в этом быстро развивающемся мире стоимость этой услуги не очень большая. И, если вы себе можете это позволить – я не являюсь противником этого. Но не дай бог, чтобы они понадобились
