через тридцать четыре года после того, как Крик и Уотсон определили форму ДНК, была создана первая генетическая карта человека. С этого момента стремление раскрыть весь геном человека стало целью биомедицинских исследователей. По данным Национального института исследования генома человека (NHGRI), "Проект "Геном человека" (ПГЧ), начатый 1 октября 1990 года и завершенный в апреле 2003 года, является "одним из величайших исследовательских подвигов в истории человечества". ПГЧ проводился международной группой исследователей, целью которых было составление последовательности и карты генома человека. Эта работа проложила путь к сегодняшней биотехнологической революции.
В частности, исследование ДНК и составление карты генома человека неизбежно привело к изучению РНК (рибонуклеиновой кислоты). ДНК и РНК связаны между собой, но в то же время различны. В то время как ДНК хранит и передает генетическую информацию, РНК действует как своего рода посланник между ДНК и так называемыми рибосомами, помогая организму создавать белки. Хорошее определение рибосом можно найти на сайте NHGRI: "Рибосома - это межклеточная структура, состоящая из РНК и белка, которая является местом синтеза белка в клетке. Рибосома считывает последовательность РНК-мессенджера (мРНК) и переводит генетический код в определенную последовательность аминокислот, которые вырастают в длинные цепочки, складывающиеся в белки". NHGRI далее определяет рибосомы как «часть фабрики по производству белков в клетке". Сама рибосома представляет собой двухсубъединичную структуру, которая связывается с мессенджерной РНК. И эта структура действует как стыковочный узел для трансферной РНК, содержащей аминокислоту, которая затем станет частью растущей полипептидной цепи, которая в конечном итоге превращается в белок».
Именно эта роль "посланника" делает РНК таким важным компонентом в биотехнологии. Как вы вскоре прочтете, появление технологии редактирования генов не состоялось бы, если бы не открытие и понимание РНК.
От малого к большому: Революция CRISPR
1987 год стал знаменательным годом в биотехнологических исследованиях. Именно в этом году была создана первая карта генов человека. Что еще более важно, именно в этом году японские ученые заметили "кластеризованные регулярно интерферирующие короткие палиндромные повторы" (CRISPR) в штамме кишечной палочки. С этого момента началось быстрое развитие технологий, направленных на манипулирование CRISPR в медицинских - и, возможно, военных - целях.
Манипулирование CRISPR - относительно новая концепция. Она не могла бы возникнуть без инвестиций и вклада в общие исследования ДНК. Только в 2012 году Джордж Черч, Дженнифер Дудна, Эммануэль Шарпантье и Фэн Чжэн обнаружили, что они могут редактировать ДНК путем создания инструмента "вырезать и вставить". По сути, изучая CRISPR, эти ученые в 2012 году выяснили, что, создав "направляющую РНК" (gRNA) для нацеливания и выделения генов в каждой нити ДНК, они могут эффективно редактировать эти гены по своему усмотрению. Таким образом, был создан инструмент редактирования генов "вырезать и вставить", известный как "CRISPR Associated System" (CAS).
Ученые разделили коммерческие системы CRISPR на три отдельные категории - типы I, II и III. Большинство коммерческих систем редактирования генов относятся к типу II. Они включают cas9, gRNA и гомологичную рекомбинацию (HR). Вакцины COVID-19, которые разработали компании Pfizer и Moderna, использовали генное редактирование. Вакцины были созданы на основе «прорыва в технологии редактирования генов, известной как CRISPR».
Вакцины COVID-19, производимые компаниями Moderna и Pfizer, большинство ученых считают "генетической терапией", в отличие от "генной терапии", поскольку вакцины, попадая в организм, не вызывают изменения генов. Вместо этого вакцины просто инструктируют ваши клетки вырабатывать антитела , необходимые для противостояния COVID-19. Следует отметить, однако, что в октябре 2021 года президент фармацевтического подразделения компании Bayer Стефан Оэльрих с гордостью заявил, что его компания "совершает скачок", финансируя исследования и разработку мРНК-вакцин (таких, которые Moderna и Pfizer разработали для борьбы с COVID-19), которые, "в конечном итоге... станут примером для клеточной и генной терапии". Оэльрих добавил, обращаясь к аудитории из шести тысяч собравшихся медицинских специалистов из 120 стран на Всемирном саммите здравоохранения в Берлине в том же году: "Мне всегда нравится говорить: если бы два года назад мы провели опрос среди населения – «Готовы ли вы принять генно-клеточную терапию и ввести ее в свое тело?" - мы, вероятно, получили бы 95 процентов отказов».
Оэлрих, скорее всего, говорит некую долю правды. Вопрос не в том, являются ли две вакцины COVID-19 на основе мРНК "генетической терапией" или "генной терапией". Важен процесс, в ходе которого были созданы эти вакцины. Этот процесс развился из наблюдений и методов, которые Дудна, Шарпантье, Фенг и Черч впервые сделали в своей лаборатории в 2012 году. И эти наблюдения и методы в конечном итоге будут использоваться непосредственно для изменения генов человека в качестве средства лечения болезни.
Считается, что вакцины и лекарства, созданные с помощью редактирования генов, - это волна будущего. Они принципиально отличаются от традиционных вакцин. Если традиционные вакцины вводят в организм инертный микроб, чтобы вызвать иммунный ответ, то вакцины с редактированием генов вводят в организм мРНК, чтобы "научить клетки делать белок - или даже просто часть белка - который вызывает иммунный ответ внутри организма". После того, как иммунный ответ произойдет, образуются антитела, которые в конечном итоге защищают организм от настоящего заболевания (в данном случае COVID-19).
CRISPR, или, в частности, компонент редактирования генов в исследованиях CRISPR, сегодня стал основой коммерциализации большинства биотехнологий. Фактически, в 2021 году "Большая Фарма" зафиксировала всплеск инвестиций в размере 22,7 миллиарда долларов со стороны венчурного сообщества в компании, стремящиеся создать регенеративные методы лечения с использованием CRISPR в качестве средства разработки лекарств и вакцин. По словам Брайана Гормли из Wall Street Journal, биотехнологические стартапы растут историческими темпами всего за несколько последних лет, что вызвало гонку за патентами на методы редактирования генов.
Поэтому биотехнологии могут стать решающей высокотехнологичной отраслью следующего десятилетия. Индустрия биотехнологий и создаваемые ими инструменты редактирования генов находятся на том же этапе исследований и разработок, что и компьютеры в середине 1980-х и начале 1990-х годов: возможности все еще проверяются, но потенциал биотехнологий наконец-то признан людьми с деньгами, и делаются ключевые инвестиции, которые обеспечат биотехнологической революции такой же размах, как и революции в компьютерной сфере, пионерами которой стали такие новаторы, как Стив Джобс и Билл Гейтс.
Растущая важность
9 июня 2022 года произошел еще один прорыв, который окажется не менее важным, чем первоначальное картирование генома человека. Профессор Массачусетского технологического института Джонатан Вайсман возглавил группу известных исследователей, создавших «первую полную карту генов, которые экспрессируются в клетках человека». Это открытие позволит провести так называемые "исследования на основе открытий". Считайте это следующей эволюцией в стремлении полностью понять геном человека, чтобы манипулировать им в медицинских
