Технологията за “редактиране” на гени CRISPR показва все по-голям потенциал. Тя вече дава обнадеждаващи резултати при няколко тежки заболявания, сред които наследствената и тежка форма на ангиоедем, сърповидно-клетъчна болест и бета таласемия, а отскоро се проучва и в насока елиминиране на ХИВ, както и при вродената амавроза на Leber (LCA), водеща до пълна слепота още от детска възраст. Как точно работи технологията CRISPR, с какво са свързани очакванията, но и предизвикателствата прeд въвеждането й в различни терапевтични и други области за читателите на Medical News обясни проф. Радостина Александрова която е доктор по вирусология и професор по морфология в Института по експериментална морфология, патология и антропология с музей към БАН.
Проф. Александрова, в последните месеци излизат все повече информации за потенциала на технологията CRISPR в терапията на различни тежки заболявания. Нека припомним какво точно представлява този метод?
Наименованието CRISPR идва от съкращението на клъстерирани редовно разположени къси палиндромни повторения (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Най-общо става въпрос за технология за “редактиране на генома“. А откриването започва случайно – през 2011 г. при експерименти със Streptococcus pyogenes френската изследователка Еманюел Шарпентие се натъква на неизвестна до момента РНК молекула, която се оказва част от древна защитна система при бактериите – CRISPR/Cas. Чрез нея те обезоръжават атакуващите ги бактериофаги, като синтезират РНК молекули (т.нар. водещи РНК молекули), изпълняващи две основни задачи – да разпознаят специфичен участък от вирусната ДНК и да заведат на това място ензим (ендонуклеазата Cas), който като ножица да среже вирусната ДНК, т.е. да я разруши. Оказва се, че при инфекция с бактериофаг бактериите си запазват част от неговата ДНК като своеобразна мостра, като я включват в собствения си геном, в областта точно на CRISPR. Така възниква цяла база данни за потенциални „неприятели“. Когато бактериите са изложени на повторна атака от вирус, с който вече са се срещали и имат „мостра“ от него, тази мостра се презаписва като водеща РНК молекула, която се свързва с ензима Cas и го завежда до съответното място в генома на вируса, за да го среже. Екипите на д-р Еманюел Шарпентие и д-р Дженифър Дудна успяха да пресъздадат „генетичните ножици“ на бактериите in vitro и да опростят молекулните им компоненти, така че да са по-лесни за използване. Нещо повече, те препрограмираха тези генетични ножици по такъв начин, че да могат да режат всяка ДНК молекула (не само на бактериофаги) на предварително определено място. През 2020 г. Шарпентие и Дудна бяха удостоени с Нобелова награда по химия за „разработването на метод за редактиране на генома“.
При кой тип заболявания се очаква технологията да има по-силен успех?
Технологията CRISPR-Cas ни позволява да „изключим“, бих казала – да “нокаутираме”, всеки представляващ интерес за нас ген, при това в различни клетки и организми. Но с това възможностите й далеч не се изчерпват. Чрвз нея можем да добавим, заличим, променим нуклеотидни последователности. Можем не само да поправим записаното в генома (ДНК), но и да повлияем върху начина, по който гените се четат и фината регулация на функционирането им чрез т.нар. епигенетични модификации. CRISPR-Cas може да се „мултиплексира“ за редактиране на множество гени едновременно, което е особено ценно при полигенни заболявания, каквито са неоплазиите. Генното редактиране CRISPR / Cas е идеален инструмент за широк кръг приложения в различни области на фундаменталната наука, селското стопанство и медицината, при биологични системи с различни нива на сложност. С него могат да бъдат създадени експериментални модели – клетъчни култури и модифицирани лабораторни животни (мишки) за провеждане на проучвания в различни области на биомедицината. Нещо повече, този метод е незаменим помощник в усъвършенстването на клиничния превод на получените в хода на изследователската дейност резултати.
Може ли технологията CRISPR да се използва и за редактиране на гени, свързани с повишен риск за човешкото здраве?
Първите две терапии, основани на технологията CRISPR/Cas, бяха одобрени от Администрацията за храни и лекарства в САЩ (FDA) през декември 2023 г. и януари 2024 г. Те са предназначени за пациенти със сърповидно-клетъчна анемия и бета таласемия. Осъществяват се като от костния мозък на пациента се изолират стволови клетки, които се модифицират в лабораторни условия и се връщат обратно в организма му. Работи се усилено върху потенциалното му приложение в лечението на множество наследствени и придобити заболявания, включително злокачествени тумори, хемолитични анемии, имунодефицитни нарушения, сърдечносъдови и очни заболявания, невродегенеративни състояния и др. На 21 януари 2022 г. в САЩ започва фаза 1/2 на клинично проучване, чиято цел е да установи дали CRISPR/Cas ще успее да изреже от генома на живеещи с ХИВ хора ДНК на този вирус и по този начин ще доведе до пълното им излекуване. Планирано е продължителността му да бъде 15 години.
Редактирането на гени в момента се използва само при деца и възрастни хора. А възможно ли е да „пренапишем“ генома още по време на ембрионалното развитие?
Лесно е да допуснем, че многобройни наследствени заболявания може да бъдат избегнати чрез редактиране на гени в човешки ембриони, преди още те да бъдат имплантирани в матката – това е етапът от развитието, когато технологията CRISPR-Cas9 може надеждно да достигне до всяка клетка на ембриона. На пръв поглед тази идея звучи изключително примамливо, но дали е така в действителност? Учените предупреждават, че към момента използването на CRISPR-Cas9 в човешки ембриони е свързано със значителни рискове и потенциално може да доведе до допълнителни генетични аномалии в тях. Т.е. вместо да изпишем вежди, може да извадим очи. Една от причините е, че в тези млади клетки механизмите за възстановяване на срязването от генетичната ножица след постигане на нужната генетична корекция, все още не са добре развити. Преди няколко години в Китай се родиха две генетично-модифицирани момиченца близначки, при които с CRISPR беше нокаутиран гена CCR5, чийто продукт играе важна роля в патогенезата на ХИВ. Действията на изследователя предизвикаха ожесточена критика в целия свят и бяха сериозно порицани от научната общност. През 2019 г. той беше осъден на три години затвор за нарушаване на медицинските разпоредби. В този смисъл промяната на клетките на зародишната линия може да промени необратимо човешкия генофонд и нарушава настоящите международни норми.
Има ли потенциал за прилагане на CRISPR технологията и при други области на науката и медицината като например при трансплантирането на свински органи в хора?
Идеята за ксенотрансплантации не излиза от погледа на учените вече повече от половин столетие. Интересът към тях е продиктуван не от каприз, а от невъзможността да бъдат покрити нуждите от човешки тъкани и органи за трансплантация. CRISPR/Cas се използва за промяна в гените на използваните като донори животни, за да бъде повишена съвместимостта им с хората. За пръв път технологията е приложена за тази цел през 2015 г. за изключване на три основни свински ксеноантигена. На 16 март 2024 г. в болница в Масачузетс в САЩ беше осъществена трансплантация на бъбрек от генетично-модифицирано прасе на жив човек – 62 годишен мъж в краен стадий на бъбречно заболяване. Публикация в списание “Nature Biotechnology” от месец април тази година съобщи, че хуманизираният орган е взет от прасе с 69 генни редакции.
А в борбата със заболяванията, които се предават на хората от насекоми?
Това е област, в която също се работи усилено. Мишена например са комарите Anopheles, които са гостоприемници на маларийните плазмодии и разпространяват тази опасна болест. Целта е да бъдат предизвикани промени в гените им, което да намали способността им да предават малария, като ги направи по-малко „гостоприемни“ за маларийните плазмодии или се намеси в процеса на размножаването им, за да намали или премахне популациите от тези насекоми. От 50-те години на миналия век изследователите експериментират с използване на радиация за увреждане на ДНК на мъжките комари. Днес на помощ идва CRISPR/Cas, чрез който можем да повлияем и на гениталиите и устния апарат на женските комари, в резултат на което те ще станат стерилни и няма да могат да хапят, а следователно и да заразяват.
Макар такива интервенции да се разработват от десетилетия, те все още си остават само в експериментални условия и пускането на подобни модифицирани комари в природата е въпрос, който не е на дневен ред. Неизвестните са прекалено много – дали променените мъжки комари ще успеят да се конкурират успешно с нормалните си “събратя”, които са еволюирали в продължение на стотици хиляди години, за „интереса“ на женските? Възможно ли е комарите с намалена възможност за предаване на малария да се окажат подходящи за разпространение на друго заболяване? Налице са редица екологични и етични опасения за това как тези генетично модифицирани насекоми ще бъдат наблюдавани и поддържани. Публикация в Malaria Journal от март 2021 г. посочи най-малко 46 теоретични вреди, които може да възникнат в резултат от генетична намеса при комарите и тяхното евентуално изчезване. Сред тях са възможността хората да развият алергични реакции към ухапване от модифицирани комари или към риби, които се хранят с променените ларви на тези насекоми. Допуска се влошаване на качеството на водата, причинено от смъртта на голям брой ларви на комари. Според някои сценарии случаите на малария може дори да се увеличават, ако например видовете комари, които са по-добри разпространители на плазмодиите, поемат превес в райони, където генната намеса е разредила по-малко обезпокоителните комари. Поради риска от необратима промяна на екосистемите, Европейският съюз вече каза „не“ на използването на подобни подходи на територията му.
Генните терапии ли ще са бъдещето в медицината?
През 1978 г. нобеловият лауреат Дейвид Балтимор, описвайки същността на генната терапия, изрече вдъхновяващите думи, че превръщането й в действителност ще бъде „триумф на медицината“. От тогава генната терапия премина през надежди, сътресения, възходи, разочарования и успехи, за да направи решителна крачка напред през последните две десетилетия. Днес тя не просто е открехнала вратата, а смело навлиза в живота ни. През март 2023 г. са били налични над 100 одобрени за приложение генни и клетъчни терапии в света, а броят им непрекъснато се увеличава. Да, генната терапия има потенциал да бъде част от бъдещето на медицината и тя вече е част от нея. Предоставя ни възможност да намерим решение на множество смятани за нелечими, често смъртоносни болести.
Кои обаче ще са основните трудности в този процес?
От научна гледна точка предизвикателствата са свързани с необходимостта от въвеждане и използване на подходящи предклинични модели за оценка на безопасноста и ефективността на изпитваните стратегии, както и непрекъснатото усъвършенстване на използваните за доставяне на гени системи (т.нар. вектори). Нужно е и идентифицирането на маркери, които реалистично да оценяват постигнатите клинични резултати. Възможностите, които генната терапия предлага, са огромни, но тя поставя и редица етични въпроси. Не бива да забравяме и изключително високата цена на този вид лечение. Да припомним съдбата на първата одобрена в Европа генна терапия Glybera, насочена към рядкото заболяване дефицит на липопротеинова липаза, който засяга 1 на 1 милион души. Тя бе въведена през 2015 г., а Glybera бързо стана известна като “лекарство за милиони долари”. Последва търговски неуспех поради високата цена и липсата на реимбурсиране в нито една европейска държава. В резултат компанията-производител оттегли лекарството след две години на пазара на ЕС. Към 2018 г. само 31 души по света са получили медикамента. Други терапии за лечението на наследствено заболяване на ретината и спинална мускулна атрофия вече подобряват живота на пациенти, но също са изключително скъпи. Така че въпросът кой ще може да си позволи това лечение е изключително важен и с увеличаването на броя на одобрените терапии ще става все по-актуален. Разработват се и се внедряват математически модели, с чиято помощ да се оценяват разходите и ползите от прилаганите терапии. Не бива да забравяме обаче, че човешкият живот е безценен и е крайно време светът добре да си помисли за какво точно иска да харчи парите си.
Поддръжниците на конспиративните теории веднага ще намерят база за критични коментари в полето на редактиране на човешките гени. Дали обаче опасенията им съдържат и доза истина?
На 26 юни 2000 г. по специален телемост между САЩ и Великобритания бяха съобщени резултатите от първата фаза на проекта „Човешки геном“ –най-амбициозното начинание в историята на биомедицината, довело до разчитането на книгата на живота. Надеждата беше тези познания да променят разбирането ни за болестите в следващите 20 години, да доведат до по-добра диагностика, превенция и лечение. Тогавашният американски президент Бил Клинтън сравни това постижение със стъпването на човек на Луната, а министър председателят на Великобритания Тони Блеър напомни, че „със силата на това откритие идва и отговорността за неговото разумно използване“. Днес повече от всякога сме свидетели на това, че науката е в състояние все повече да слива границите между фантазиите и реалността. Пример за това е и генното редактиране – мощна технология, която би могла да повлияе и върху човешките качества и способности, да преобрази целия ни свят. И към която трябва да подхождаме изключително внимателно, мъдро и отговорно. Технологията CRISPR/Cas отвори нова страница в историята на медицината, но това как ще я изпишем, зависи от нас.
