Стали известны подробности китайского эксперимента по созданию генетически модифицированных детей (спойлер: все плохо)

Журнал Массачусетского технологического института MIT Technology Review опубликовал выдержки из статьи китайского биолога Хэ Цзянькуя, который в ноябре прошлого года сообщил о рождении первых в истории детей с целенаправленно измененным геномом. Искусственно введенная мутация должна была сделать этих детей невосприимчивыми к заражению ВИЧ. На ученого сразу же обрушился шквал критики от коллег, которые посчитали, что проводить эксперименты на людях сейчас, когда доказательств эффективности и безопасности процедуры для человека нет, недопустимо. При этом подробностей о том, как прошел эксперимент, до сих пор не было: ни один научный журнал не взял на себя смелость опубликовать рукопись. Из появившихся сейчас выдержек становится ясно, что в реальности результаты оказались вовсе не такими, на какие рассчитывал ученый. Да и сама мотивация эксперимента — использовать редактирование генома в качестве защиты от ВИЧ — уже не кажется вполне искренней. 

Сообщение о рождении первых людей, геном которых был искусственно отредактирован, стало одной из самых обсуждаемых тем в науке за последний год. Однако фактические результаты эксперимента до сих пор не были опубликованы. Рукопись статьи с подробностями работы имелась только у нескольких научных журналов, куда Хэ ее подавал на рецензирование, и, видимо, у самих рецензентов и близких коллег ученого.

В открытых источниках результаты эксперимента известны лишь по нескольким фото его слайдов из 20-минутной презентации, которую ученый провел в Гонконге в ноябре 2018 года. После этого китайское правительство начало расследование деятельности ученого и объявило его эксперимент незаконным. На публике он больше не появлялся. До сих пор неизвестной остается и судьба близнецов Лулу и Нана, которые родились после эксперимента. После доклада Хэ в прессе о них тоже ничего не писали.

Рукопись, которую теперь частично обнародовал MIT Technology Review, редакция получила от анонимного источника. Выдержки из работы Хэ она попросила прокомментировать четырех экспертов: юриста, специалиста по геномному редактированию, эмбриолога и врача, который специализируется на экстракорпоральном оплодотворении.

Нужную мутацию внести так и не удалось — вместо нее появились другие

Идея придания человеку устойчивости к заражению ВИЧ основана на исследовании определенной мутации в гене CCR5. Продукт этого гена — особый рецептор, встречающийся, например, на поверхности лимфоцитов, который вирус использует для проникновения внутрь клеток. У некоторых представителей европейской популяции в этом гене имеется мутация (CCR5 delta 30), приводящая к образованию укороченной формы рецептора. В клетках, имеющих только укороченную форму рецептора, процесс проникновения вируса в клетки нарушается. Поэтому человек, несущий такую мутацию, будет защищен от заражения ВИЧ — но только в том случае, когда обе копии гена — и материнская, и отцовская — будут мутированными.

Идея Хэ заключалась в том, чтобы внести такую же мутацию в геном детей китайской супружеской пары, в которой муж был инфицирован ВИЧ. Для этого он предполагал использовать метод «геномной хирургии» CRISPR/Cas9. Метод заключается в инъекции в яйцеклетку специального фермента, разрезающего ДНК в нужном месте, вместе с «правильной» копией нужного гена, которую клетка должна использовать для починки разреза. Слабость технологии заключается в том, что и первая стадия процесса — внесение разрыва в ДНК, — и вторая — починка разрыва — могут проходить недостаточно точно. Тогда могут появиться мутации в генах, не имеющих отношения к тому, который ученые собирались редактировать. Или же там, где произошел разрыв, его починка пройдет не так, как диктует предоставленная учеными «правильная» версия гена.

В случае с экспериментом Хэ произошло и то и другое — как появление сторонних мутаций, так и неправильные изменения в гене CCR5, который он пытался отредактировать. Из четырех жизнеспособных эмбрионов, о которых пишет ученый, всего в двух произошли изменения в гене CCR5. При этом только в одном случае изменились обе копии ДНК: и материнская, и отцовская. В другом эмбрионе изменения коснулись только одной из парных хромосом. Но даже в первом случае в ДНК возникла не хорошо изученная мутация CCR5 delta 32, а полная поломка гена, делающая его полностью нефункциональным. Как такая мутация может повлиять на здоровье носителя, пока не ясно. Во втором случае, где изменения коснулись только одной копии ДНК, возникла еще одна уникальная мутация — вырезание укороченного фрагмента гена. Хэ пишет, что у такого эмбриона должна возникнуть частичная устойчивость к ВИЧ, но никаких экспериментальных доказательств этого не предъявляет.

Отсутствие дополнительных мутаций тоже доказать не удалось

Появление нецелевых мутаций, вызванных недостаточной точностью «молекулярных ножниц» Cas9, является одной из основных опасностей, связанных с использованием редактирования генома. Результаты, которые приводит Хэ, говорят о том, что это вполне реальная проблема. Ученый установил последовательность ДНК для нескольких клеток, взятых из двух эмбрионов до имплантации, а также из пуповинной крови — и, как оказалось, по крайней мере один из эмбрионов точно содержит клетки с нецелевыми мутациями. Это, однако, не значит, что у второго эмбриона таких мутаций нет: невозможность узнать это наверняка возникает из-за другой проблемы — мозаицизма, то есть появления различий в ДНК у разных клеток одного и того же эмбриона. В норме такого быть не должно.

В разных клетках эмбрионов произошли разные изменения, но Хэ это проигнорировал

Проблема генетического мозаицизма при редактировании генома заключается в том, что разные клетки эмбриона после инъекции конструкции CRISPR/Cas9 могут получить разные мутации. В таком случае невозможно точно установить общее число нецелевых мутаций: для того чтобы это сделать, потребовалось бы прочитать ДНК каждой клетки эмбриона, что фактически означает его уничтожение, поскольку для этого геном нужно извлечь из клетки. Те результаты, которые приводит Хэ, говорят лишь о том, что нецелевые мутации присутствуют, однако их количество невозможно оценить.

То, что мозаицизм действительно затронул Лулу и Нана, было понятно еще из слайдов презентации Хэ, где приведены результаты прочтения ДНК. Сейчас, после публикации выдержек из рукописи, это предположение полностью подтвердилось. При этом выяснилось, что ученый в своей рукописи никак не обсуждает мозаицизм и его последствия. Привлеченные MIT Technology Review эксперты предполагают, что Хэ не считает его проблемой — хотя данные говорят о прямо противоположном.

Ученый не проверил, защищают ли от ВИЧ те «правки», которые он внес в геном детей

Работа, которую китайский ученый в своей статье позиционирует как важный шаг в борьбе с ВИЧ, не содержит ключевых экспериментов, в которых было бы показано, что вирус действительно не может проникнуть в измененные клетки. Как указывают эксперты, сделать это было несложно — для этого достаточно выделить клетки из крови близнецов и провести с ними стандартный эксперимент в лаборатории, — но это Хэ даже не обсуждает.

По мнению опрошенных редакцией MIT Technology Review специалистов, это говорит о том, что ученый, видимо, выбрал ВИЧ для своих экспериментов «лишь для того, чтобы найти оправдание использованию самой технологии CRISPR/Cas9».

Родители близнецов, по-видимому, не вполне понимали, ради чего соглашаются на эксперимент

В супружеской паре, с которой работал китайский ученый, отец был носителем ВИЧ. Из статьи и видеозаписи, которую еще в ноябре опубликовал Хэ, кажется, что редактирование генома — единственный способ для супружеской пары иметь здоровых детей. Но это не так: очистить от вируса половые клетки мужчины можно без какого-либо геномного редактирования, с помощью довольно простой процедуры — отмывки от семенной жидкости, в которой может содержаться вирус. Этот метод был многократно испытан, и сегодня существуют даже виртуальные банки спермы, донорами которых являются ВИЧ-положительные мужчины.

Из рукописи не ясно, понимали ли родители близнецов, зачем вообще им проводить эксперимент по редактированию генома, если передачу ВИЧ можно предотвратить другим, испытанным путем. По словам экспертов, возможным мотивом могла быть помощь с оплатой самой процедуры ЭКО, которая иначе была бы для них недоступна.

Геномное редактирование — неподходящий инструмент для борьбы с эпидемией ВИЧ

В самом начале своей статьи китайский ученый утверждает, что редактирование геномов по его методике могло бы стать эффективным инструментом борьбы с эпидемией ВИЧ и помочь миллионам людей. При этом не ясно, как использование этой трудоемкой и дорогой технологии (затрагивающей только новорожденных, а не взрослых людей) может что-то изменить в масштабах всей человеческой популяции — притом что уже сейчас для ВИЧ существует вполне эффективная антивирусная терапия и средства, защищающие от инфекции.

Молекулярный биолог, специалист по редактированию геномов Федор Урнов прокомментировал эти заявления следующим образом: «Утверждение, что редактирование эмбрионов поможет миллионам, в равной степени безумно и возмутительно и сродни утверждению, что лунная прогулка 1969 года приносит надежды миллионам людей, стремящихся жить на Луне».

Полный текст статьи до сих пор недоступен. Вот его краткое содержание

Традиционно каждая научная статья снабжается ее авторами кратким содержанием, или абстрактом. Оно открыто публикуется даже теми журналами, которые требуют подписки для прочтения полного текста. Вот перевод абстракта неотрецензированной и неопубликованной статьи Хэ и его соавторов: