Предисловие Грегори Фэйи
Будучи биогеронтологом, я посещаю научные встречи, посвящённые старению, с начала 1980-х годов, и видел и слышал много потрясающих вещей. Но когда я посетил лекцию Джорджа Чёрча на конференции, организованной Фондом SENS Обри де Грэя в конце 2014 года, я понял, что только что услышал самую замечательную лекцию в моей жизни.
Почему? По трём очень простым причинам.
Во-первых, как подчёркивал в лекции доктор Чёрч, старение, по-видимому, во многом контролируется действием небольшого подмножества ваших генов и, главным образом, мастер-генами, контролирующими большое количество других генов. Ваши гены являются областями вашей ДНК, которые определяют ваш цвет глаз, цвет волос, пол, рост и другие характеристики вашего организма. Но становится всё более очевидным, что гены также определяют, как вы стареете, а, возможно, и стареете ли вы вообще.
Во-вторых, доктор Чёрч рассказал о том, как технологии продвинулись до такой степени, что активность ваших генов, будь то «включено» (экспрессируются) или «выключено» (не экспрессируются), становится все более контролируемой. И это возможно не только в пробирке, но и во всем теле, и даже в мозгу.
Внимание доктора Чёрча сосредоточено на методе CRISPR (кластеризованные регулярные промежуточные короткие палиндромные повторы), который является относительно новым и очень мощным методом для регулирования активности генов.
CRISPR может «редактировать» или изменять гены с целью исправления вредных мутаций или создавать намеренные мутации, которые могут проявлять положительный эффект (например, выключать гены, влияющие на старение). Таким образом, связь очень ясна: если старение контролируется мастер-генами, и если активность таких генов теперь может быть намеренно контролируемой, то мы начинаем приближаться к контролю старения на фундаментальном уровне. И та же технология может быть применена к коррекции многих заболеваний, неважно, являются ли они возрастными или не являются.
Наконец, наша возможность по контролю старения была бы совершенно бесполезной, если бы у нас не было желания использовать её в реальной медицине. К счастью, доктор Чёрч хочет, чтобы его достижения быстро оказались в клиниках. Он намерен сделать контроль над старением практической реальностью – и очень скоро. И доктор Чёрч, как выдающийся профессор генетики и крупная фигура в Гарвардской медицинской школе, имеет все возможности для воплощения в жизнь его желания.
В интервью Washington Post в начале декабря 2015 года доктор Чёрч сказал, что его лаборатория уже обратила старение у мышей, и испытания на человеке могут пройти через несколько лет. Доктор Чёрч заявил:
«Одним из наших крупнейших экономических бедствий сейчас является наше стареющее население».
«Если бы все эти седовласые парни могли вернуться к работе и почувствовать себя здоровыми и молодыми, то мы бы предотвратили одну из величайших экономических катастроф в истории».
Он сказал, что видит:
«Сценарий [в котором] каждый получает генную терапию, не только для лечения редкие заболеваний, таких как кистозный фиброз, но болезней, которые есть у всех, включая старение».
Доктор Чёрч также упомянул свой личный интерес к обращению старения человека, когда заявил:
«Я хочу стать моложе, я в любом случае пытаюсь заняться чем-то новым каждые несколько лет».
Технология CRISPR может изменить мир и нашу жизнь, какими мы их знаем.
CRISPR – это технология, изначально возникшая в природе для борьбы с вирусами путём разрезания их ДНК. К счастью, теперь она была модифицирована учёными, и может вносить конкретные контролируемые изменения в нужные места генома. Как только врачи смогут отрегулировать или «отредактировать» ДНК, они начнут работу по восстановлению молодости у пожилых людей.
Насколько серьёзно обещание учёных? Рассмотрим следующее:
Новую версию CRISPR недавно вставили в модифицированную вирусную систему доставки и успешно использовали для исправления дефекта гена, вызывающего мышечную дистрофию Дюшенна у мышей при помощи прямой инъекции в мышцу ног или в кровоток, что привело к улучшению состояния мышц по всему телу и даже в сердце.
Ведущий научный журнал Science в конце 2015 года объявил CRISPR «прорывом года», стоящим выше всех других научных открытий на 2015 год.
7 января 2016 года компания доктора Чёрча, Editas Medicine, подала документы на проведение IPO на сумму 100 миллионов долларов, и компания уже получила поддержку Google Ventures и Фонда Билла и Мелинды Гейтс.
В общем, по моей оценке, революция CRISPR – это поворотный момент в науке с ошеломляющими последствиями. Если всё получится, наш мир никогда не будет прежним. Перспективы столь же впечатляющие – если не сказать больше – как при появлении электрического освещения, телефонов, персональных автомобилей, самолётов, персональных компьютеров, Интернета и сотовых телефонов. Только на этот раз речь идёт не только о том, как вы живёте, но и о том, будете ли вы жить вообще, и как долго: ваше здоровье, долголетие и их влияние на качество вашей жизни.
Сработает ли? Посмотрим. Мнения меняются. Конечно, будет немало проблем, внезапных поворотов и ям на нашем пути. Даже известный учёный Крейг Вентер говорит, что потребуется 100 лет, чтобы всё исправить. Но лаборатория Джорджа Чёрча уже сегодня обращает старение в экспериментах. Так что процесс выглядит очень многообещающим, невероятно стремительным и основанным на прочном научном фундаменте наших знаний о старении. Я ставлю на Чёрча, и почти все придерживаются аналогичного мнения. Конец по крайней мере некоторых критических аспектов старения может быть очень близок.
Фонд Продления Жизни участвует в этом инновационном и нацеленном на будущее проекте. Фонд Продления Жизни оказал помощь доктору Чёрчу, предоставив ему данные из научного проекта, посвящённого супердолгожителям. Как отмечает доктор Чёрч в своём интервью, изучение супередолгожителей может дать новое представление о том, как можно обратить вспять старение человека, когда мы получим нужные инструменты редактирования генов и применим их.
Мы надеемся, что вы оцените то, что, по нашему мнению, может стать грядущей революцией, которая изменит вашу жизнь.
Управление старением человека при помощи редактирования генома
Интервью с Джорджем Чёрчем
Попытка отсрочить старение – уже устаревшая концепция. Новая цель – обратить его не только у животных, но и у человека. Омоложение очень важно, так как значительные возрастные нарушения уже произошли у большинства людей из-за изменений в профилях экспрессии генов.
С возрастом меняется профиль экспрессии генов. Это влияет на скорость, с которой человек стареет, а также определяет, какие старческие болезни будут у него. Но инновационные методы редактирования генов, основанные на уникальной технологии CRISPR (кластеризованные регулярные промежуточные короткие палиндромные повторы), в настоящее время успешно испытываются в качестве возрастной терапии для людей.
В ответ на эти прорывы журнал Life Extension направил биогеронтолога доктора Грегори М. Фэйи в Гарвардский университет для интервью с доктором Джорджем Чёрчем, который является ведущим разработчиком передовых технологий CRISPR. В нём доктор Чёрч объясняет невероятные возможности по обращению старения человека, которые могут раскрыть свой потенциал раньше, чем предполагали многие.
Интервью с доктором Чёрчем начинается с обсуждения вопроса об обращении старения клеток путём восстановления экспрессии «генов молодости».
Фэйи: Если старение обусловлено изменениями в экспрессии генов, то способность контролировать её, используя технологии CRISPR, может иметь огромные последствия для старения человека. Почему, по вашему мнению, старение может быть, по крайней мере частично, обусловлено изменениями в экспрессии генов?
Чёрч: Мы знаем, что есть клетки, которые хуже работают с возрастом, и что у нас есть способность снова превратить их в молодые клетки. Это значит, что мы можем сбросить их биологические часы в нуль и удерживать их в этом виде столько, сколько мы хотим. Например, мы можем взять старые клетки кожи, которые имеют ограниченный срок службы, и превратить их в стволовые клетки (стволовые клетки – это клетки, которые могут превращаться в другие типы клеток), а затем обратно в клетки кожи. Это превращение приводит к тому, что они выглядят как клетки детской кожи. Похоже на то, как если бы мои 60-летние клетки стали клетками годовалого ребёнка. Существует множество маркеров, связанных со старением, и все они возвращаются к юному возрасту.
Фэйи: Это фантастика. Означает ли это, что обращение старения кожи у вас на лице позволит вам омолодить всё лицо?
Чёрч: Если вы омолодитесь на молекулярном уровне, это не обязательно приведёт к внешнему омоложению. Так, например, если у меня на лице есть шрам, он не обязан исчезнуть (хотя теоретически я не исключаю подобного). Но мы можем изменить тенденцию ваших клеток (и, следовательно, всего вашего тела) к распаду со временем.
Технология: как гены и их экспрессия могут быть изменены
Фэйи: Итак, CRISPR позволил вам обратить вспять старение клеток человека. CRISPR – это уникальная технология. Молекулярная машина CRISPR, состоящая из белка и некоторой ассоциированной РНК, теперь может быть сделана в лаборатории или в наших собственных клетках и может изменять гены и их экспрессию. Это невероятно мощный метод. Расскажите, пожалуйста, больше о нем.
Чёрч: CRISPR – это новейший метод для редактирования генома (редактирование всего набора генов). Его преимущество заключается в том, что конкретную конструкцию CRISPR создать гораздо проще, чем другие инструменты для редактирования генов, и CRISPR примерно в 5 раз точнее, чем прочие методы. Комбинация лёгкости конструирования, высокой эффективности и большой гибкости делает её самым мощным инструментом для редактирования генов на сегодняшний день.
Фэйи: прямо сейчас, с помощью CRISPR, можно изменять, удалять, вставлять, активировать и уменьшать влияние или полностью выключать любой ген с высокой точностью – как временно, так и постоянно. Теперь давайте поговорим о том, что может принести эта новая фантастическая возможность.
Конкретные возможности для обращения человеческого старения
TFAM: сохраняя вечную молодость
Фэйи: В наше время в изучении старения происходит много очень интересного. В 2013 году лаборатория Синклера в Гарварде выступила с новостью о том, что старение митохондрий (которые являются производителями энергии внутри клеток) в значительной степени обусловлено уменьшением уровней одной конкретной молекулы в ядре клетки: окисленной НАД (NAD+).
Команда показала, что они могут обратить старение митохондрий, просто в течение одной недели давая старым мышам никотинамид мононуклеотид (NMN), который является витаминоподобным веществом и может быть преобразован в НАД+. Это привело к феноменальному общему омоложению, включая исчезновение признаков атрофии мышц, воспаления и резистентности к инсулину. Теперь ваша лаборатория показала, что существует очень интересная альтернатива в виде генной инженерии, включающая TFAM (Transcription Factor A, Mitochondrial). Почему TFAM важен, и что вы с ним сделали?
Чёрч: TFAM является ключевым белком, регулирующим продукцию NMN и NAD+. Он позволяет клеткам самостоятельно получать предшественник NMN, поэтому вам не нужно производить его вне клетки, а затем попытаться доставить в неё извне. В идеале вы не хотите принимать NMN всю оставшуюся жизнь, вы хотите позволить организму создавать свой собственный NMN и получать омоложение по крайней мере в течение нескольких десятилетий, прежде чем вам снова придётся беспокоиться о NMN. Чтобы достичь этого на клеточном уровне, мы использовали CRISPR для активации TFAM и сделали её полупостоянной.
Фэйи: С помощью этой технологии вы смогли увеличить уровень TFAM в клетке в 47 раз. Это привело к восстановлению уровней АТФ, увеличению NAD+ и увеличению отношения NAD+ / NADH. Она также увеличила общую массу митохондрий и обратила несколько других возрастных изменений.
Чёрч: Да. У нас есть несколько способов измерения функции митохондрий и их возрастных изменений. Когда мы активировали TFAM, функции митохондрий вернулись к тому, чего вы ожидаете от более молодой клетки. Мы встроили способность к омоложению в клетку, позволили ей самообновляться и устранили необходимость принимать таблетки или инъекции.
GDF11: на пути к общему омоложению
Фэйи: Теперь давайте перейдём к GDF11 (фактор дифференциации роста 11), который является белком и типом юного фактора, присутствующим в крови молодых организмов, но снижающимся со временем.
Чёрч: Да, моя лаборатория связана с GDF11. Мы сотрудничаем с Эми Уэйджерс, биологом из Гарварда, известной своей работой по гетерохронному парабиозу, и её группой, одной из первых занявшейся этой проблемой.
Фэйи: Сообщается, что GDF11 омолаживает сердце, мышцы и мозг. Он восстанавливает силу, мышечную регенерацию, память, образование новых клеток головного мозга, образование кровеносных сосудов в мозге, способность к обонянию и функции митохондрий. Все это делается только одной молекулой. Вливание молодой плазмы, содержащей GDF11, в старых животных также хорошо влияет на другие ткани, такие как печень и спинной мозг, и улучшает способность старых клеток мозга формировать связи друг с другом.
Как бы вы использовали CRISPR, чтобы убедиться, что уровень GDF11 в крови никогда не снижается?
Чёрч: CRISPR-регулируемая GDF11 может быть доставлена в зрелом возрасте, именно тогда когда она нужна. Если вы хотите установить её на определённом уровне, можно использовать датчик GDF11 для обеспечения обратной связи, чтобы вы могли автоматически управлять производством GDF11. При необходимости можно перекалибровать и точно настроить его, возможно, раз в несколько десятилетий с иной дозой CRISPR. Это отличная молекула, и мы работаем с ней.
У нас есть целый ряд других проектов с Эми, мы занимаемся мышечными заболеваниями, такими как мышечная дистрофия. Мы работаем над возможными методами лечения, включающими такие белки, как миостатин и фоллистатин.
Крепкие кости и сильные мышцы
Фэйи: Говоря о миостатине, отсутствие которого вызывает усиленное развитие мышц, вы упомянули в своём разговоре SENS 2014, что заинтересованы в возможности улучшения мышц и костей. Это ещё один способ лечения старения?
Чёрч: Атрофия мышц и остеопороз являются симптомами старения. Ключ к борьбе с ними – устранение основных причин, даже если они сложны. Известны гены, участвующие в атрофии мышц, и гены, которые могут обратить её. Мы заинтересованы в таких мощных средствах, как гормон роста, миостатин и мишень для новых препаратов лечения остеопороза, RANKL (активатор рецептора ядерного фактора каппа-B-лиганда).
Фэйи: А как насчёт того, чтобы выйти за рамки обращения старения и реально улучшить людей, сделав им более крепкие кости и сильные мышцы?
Чёрч: Вместо того, чтобы ждать, пока мышцы атрофируются, а затем пытаться исправить проблему или дожидаться, пока кто-то сломает кость и наложит гипс, мы предлагаем сделать их более крепкими и сильными изначально. Подумайте об этом как о профилактической медицине. Нужно действовать осторожно, но вокруг нас немало людей, имеющих гораздо более крепкие кости и сильные мышцы, и мы не видим ничего плохого, поэтому мы знаем, что такие вещи возможны.
Фэйи: Можно ли остановить остеопороз?
Чёрч: Я бы сказал, что остеопороз определённо может быть обращён. Процесс образования кости и её разрушения – регулируемый процесс, который реагирует на такие условия, как напряжение при стоянии или беге. Так что да, это пример того, что обратимо.
IKKβ: обращение возможной программы старения всего тела
Фэйи: Давайте перейдём к другому проявлению процесса старения, имеющему огромное значение. Согласно опубликованной в Nature статье, вес тела, старение тела и продолжительность жизни в значительной степени контролируются увеличенной экспрессией одного конкретного белка IKKβ в одном особо специфическом месте, микроглиальных клетках в гипоталамусе в головном мозгу. Когда эта чрезмерная экспрессия предотвращается у мышей, средняя и максимальная продолжительность жизни увеличивается на 20% и 23%, улучшаются обучаемость, улучшается физическая активность, а также толщина кожи и плотность костей. Кроме того, сшивки коллагена уменьшаются, а выработка гонадотропина увеличивается. Если бы эти улучшения можно было бы совместить с улучшениями, вызванными другими вмешательствами, которые мы обсуждали, последствия были бы ошеломляющими.
Чёрч: Да. То, о чем вы говорите, это направление определённой научной школы – старение, запрограммированное нейроэндокринной системой, мозгом. Причина, по которой мыши умирают в течение двух с половиной лет, а киты через 160.
Фэйи: Да. И это особенно интересная проблема, потому что она не только важна сама по себе, но и предлагает нам практические способы остановки изменений, возникающих в мозге. Эта часть мозга защищена от большинства молекул, помещённых в кровоток при помощи гематоэнцефалического барьера. Можно ли использовать технологию CRISPR через гематоэнцефалический барьер и нацелить её на этот биохимический путь или другие пути в мозге?
Чёрч: Гематоэнцефалический барьер сильно переоценён, есть очень много вещей, которые пересекают его, например, различные лекарства, вирусы и даже целые клетки. Итак, ответ «да», мы можем доставить CRISPR через гематоэнцефалический барьер.
Теломераза: старение мозга и рак?
Фэйи: Теломераза широко известна как фермент, который может предотвратить старение на клеточном уровне. Но отсутствие теломеразы также может привести к старению мозга и раку. Можно ли использовать CRISPR для увеличения теломер?
Чёрч: Да, это, безусловно, возможно.
Профиль экспрессии генов является мерой старения у людей
Фэйи: Не могли бы вы объяснить эпигенетику и прокомментировать доказательства того, что существуют эпигенетические часы старения?
Чёрч: Эпигенетика – это все, что контролирует экспрессию генов. Одной из компонент эпигенетики является метилирование ДНК, которое заключается в добавлении химических объектов, называемых метильными группами, к ДНК в определённых местах. Метилирование ДНК важно отчасти потому, что оно является лёгкой для измерения компонентой эпигенома (совокупности всех эпигенетических состояний). Оказывается, метилирование ДНК изменяется со временем. Фактически, профиль метилирования ДНК может предсказать возраст человека с точностью примерно в три года.
В принципе, если бы вы могли изменить биологический возраст клетки или организма на более молодой, и если эти сайты метилирования (общая сумма которых называется «метиломом») действительно отражают биологический возраст, то метилом должен измениться на профиль, соответствующий более раннему возрасту. Иными словами, если само старение изменяется, то и этот биомаркер старения должен измениться таким же образом. Мы используем сайты метилирования как меру того, насколько хорошо мы продвинулись в наших исследованиях по обращению старения, и она работает прекрасно.
Метилирование ДНК очень полезно для оценки возраста человека, и его также можно изменить. Несмотря на то, что в нормальной жизни оно всегда связано с хронологическим возрастом, в мире обращённого старения и эпигенетического вмешательства, вы можете изменить его, и такое изменение будет значимо.
Фэйи: Не всем 50-летним людям биологически 50. Некоторые из них биологически старше, а некоторые биологически моложе. Люди стареют с разной скоростью. Все эти различия могут быть обнаружены в состоянии метилома. Если метилом указывает на другой возраст, отличный от вашего хронологического возраста, вы действительно старше или моложе своего хронологического возраста, и это подтверждается рядом других измерений.
Чёрч: Да, всё правильно. Учёные, обнаружившие эпигенетические часы старения, изучили их вариации и нашли интересные корреляции с ними. Существует много способов измерения процессов старения на молекулярном уровне, и они, как правило, подтверждают друг друга. Мы не знаем достаточно о корреляции между такими показателями, как метилом и факторами старения, например, GDF11, IKKβ и TFAM, но если вы делаете что-либо, обращающее вспять старение, то в метиломе также следует ожидать обратных изменений.
Фэйи: По-видимому, модель метилирования ДНК становится все более хаотичной по мере старения. Например, модели метилирования однояйцевых близнецов начинают расходиться со временем, более изменённые профили связаны с большей патологией. Это согласуется с недавней теорией, связывающей отсутствие старения у некоторых видов («пренебрежимое старение») с относительно стабильной моделью экспрессии генов во времени, и обычное старение с неустойчивыми и всё более хаотичными моделями экспрессии генов. Если вы измените экспрессию генов обратно в ту, что должна быть, вся эта неустойчивость должна быть обратимой, верно?
Чёрч: Правильно. Разброс различных параметров в любой биологической системе увеличивается, когда вы уходите от физиологически нормального состояния. Вы можете думать о различии метилирования в качестве ещё одного фактора риска старения и болезней.
Как быстро обнаружить и начать исправлять ещё неизвестные причины старения на генном уровне
Фэйи: Если старение обусловлено изменениями в экспрессии генов, и эти изменения могут быть обращены, то нам нужно как можно скорее найти все важные возрастные изменения экспрессии генов. Как это может быть сделано?
Чёрч: Результатом экспрессии генов в клетке является наличие специфических РНК и белков, и их можно изучить. Вы не обязаны выявлять каждую отдельную РНК в клетке, чтобы определить изменения в ней, но вы можете, и мы как раз разработали новый метод, который позволяет нам видеть все десятки тысяч РНК в одной клетке сразу, а также в соседних клетках. Итак, теперь мы можем видеть, как разные клетки взаимодействуют друг с другом. Этот новый метод, называемый флуоресцентным секвенированием in situ или FISSEQ, позволяет считать все РНК в клетке, одновременно подсчитывая все РНК в соседних клетках. Кроме того, мы получаем трёхмерные координаты для каждой молекулы РНК в каждой клетке.
Фэйи: Это невероятно. Как вы можете использовать этот метод для поиска изменений, связанных со старением?
Чёрч: Предположим, что существует два разных типа клеток, и мы хотим знать, экспрессия каких генов отличает их друг от друга. Мы можем сначала сравнить две клетки, используя FISSEQ, чтобы определить различия в экспрессии генов между ними. Затем мы можем выбрать конкретные различия, которые, по нашему мнению, приводят к тому, что клетки будут разными, и изменить экспрессию конкретных генов в любой из них или в обеих клетках, используя, например, CRISPR, и посмотреть, можем ли мы превратить один вид клетки в другой. Даже если у нас не получится в первый раз, мы можем сделать много предположений о том, какие РНК важны, и как нам их изменить, чтобы у нас всё получилось.
Тот же принцип может быть применён к любой паре клеток. Сравнивая старые клетки с молодыми, мы можем узнать, что делает старую клетку старой, и как превратить её в молодую.
Фэйи: Фантастика.
Чёрч: Одна из проблем в изучении развития и старения организма заключается в том, что это занимает много времени. Но если мы знаем эпигенетическое состояние всех этих разных клеток, то неважно, какая у них разница в возрасте, всего за несколько дней можно перепрограммировать клетку и воспроизвести эффекты десятилетий медленных изменений в теле или вообще обратить их. Поэтому в принципе мы могли бы превратить молодую клетку в старую или старую клетку в молодую, потому что единственная разница между ними – эпигенетика или экспрессия генов.
Фэйи: Какие ещё существуют способы определения важных генных мишеней, позволяющих вмешаться в процесс старения человека?
Чёрч: Есть четыре основных способа найти ключевые гены.
Во-первых, мы можем смотреть на гены, лежащие в основе индивидуальной изменчивости в таких вещах, как низкий риск вирусных инфекций, диабета, остеопороза и т. д. Самый экстремальный пример здесь – сравнить нормальных людей с супердолгожителями, с теми, кто живёт 110 лет и больше. В небольшой группе или даже в одном человеке можно найти уникальные полезные гены.
Существуют сотни генов, которые имеют небольшие эффекты, но затем на конце гауссовой кривой появляется что-то вроде двойного нулевого мутанта по миостатину или пере / недопроизводства человеческого гормона роста. Гены, которые обладают огромным влиянием и полностью перекрывают эффекты небольших экологических и генетических факторов – вот правильный тип гена, который нужно искать.
Второй способ найти генные мишени – взять их из фундаментальных исследований, таких как GDF11 и TFAM, о которых мы говорили ранее.
Третий способ – использовать специальную геномную стратегию, например, мутации тысяч генов один за другим, и смотреть, блокирует ли какая-либо из них старение, или используя метод FISSEQ, который мы обсуждали ранее.
Четвёртым способом определения генных мишеней является сравнение близкородственных видов, один из которых стареет гораздо медленнее другого (например, голые землекопы и крысы).
Независимо от того, где вы получаете свои результаты, вам не нужно беспокоиться о том, что у вас слишком много гипотез. Просто используйте CRISPR, чтобы активировать или ингибировать этот ген-кандидат и искать биомаркеры обращения старения, о которых мы говорили ранее. Идея состоит в том, чтобы увидеть, влияет ли ваше изменение или нет, и усиливает ли оно другие приёмы, успешно проверенные в прошлом.
Фэйи: Итак, если мы увидели что-то необычное в супердолгожителях, мы могли бы создать такое же изменение, например, в нормальной линии клеток человека и наблюдать, появился ли правильный шаблон долголетия.
Чёрч: Да.
Фэйи: Мне рассказал Джеймс Клемент, финансируемый Фондом Продления Жизни, что они делали совместную работу с вами по генетике супердолгожителей, вы могли бы даже взять их модели экспрессии генов, поместить их в мышей и посмотреть, будут ли мыши стареть медленнее.
Чёрч: Верно. Наш протокол, вероятно, будет собирать результаты из четырёх разных источников и сначала проверять их на человеческих клетках. Работая напрямую с человеческими клетками, мы не потратим много лет на мышей, что довольно дорого, лишь затем, чтобы узнать, что приём не работает на людях. Мы можем сделать более дешёвое и более актуальное исследование на клетках человека, подтвердить его на мышах, затем проверить на более крупных животных, а затем у людей. Я думаю, что переход от человеческих клеток к мышам и обратно к людям, скорее всего, спасёт нам время и деньги. Многие системы клеточного тестирования крови становятся все лучше и лучше, например «органы на чипе» или органоиды, которые становятся все более и более привлекательными в исследованиях in vivo.
Устранение проблем при вмешательстве в старение
Фэйи: Может ли высокая специфичность CRISPR устранить побочные эффекты некоторых антивозрастных вмешательств? Например, я работаю над регенерацией тимуса у людей и восстановлением производства Т-клеток с использованием гормона роста. Хотя гормон роста не вызывает рак у взрослых животных или людей, он замедляет репарацию ДНК у животных – эффект, не связанный с его полезным влиянием на регенерацию тимуса.
Чёрч: Таким образом, вы хотите избавиться от его влияния на репарацию ДНК, сохраняя при этом хорошие эффекты.
Фэйи: Да. Если можно использовать CRISPR, чтобы воздействовать прямо на гены, представляющие интерес, и не идти по обычным биохимическим путям, мы могли бы избежать нежелательных эффектов, правильно?
Чёрч: Именно. Вы можете составить список всех мишеней гормона роста и либо выбрать мишени, которые вам нужны, и активировать их выборочно, либо выбрать мишени, которые вам не нужны, и заблокировать их, чтобы вы могли использовать гормон роста, как обычно, но без ингибирования репарации ДНК.
Целесообразность применения CRISPR во взрослом организме
Фэйи: Чтобы обратить вспять процесс старения людей, технология CRISPR в конечном итоге должна применяться во всем теле, а не только в клетках в пробирке. Насколько целесообразно применять технологию CRISPR в живом организме?
Чёрч: Генная терапия может основываться на манипуляциях ex vivo, в которых клетки удаляются из организма, генетически модифицируются, а затем возвращаются в организм или на методах in vivo (внутри тела), в которых, например, модифицированный вирус может быть использован для переноса геной кассеты в разные клетки организма. У каждого из этих методов есть плюсы и минусы.
Существуют вирусные и невирусные системы, которые можно использовать для доставки конструкций CRISPR, они покинут кровеносные сосуды и попадут в ткани. Система доставки может содержать CRISPR, направляющую РНК и донорную ДНК, или в ней может быть CRISPR, направляющая РНК и белковый активатор, и так далее. Но независимо от того, является ли она вирусной или невирусной, общая масса конструкций для редактирования генов, которые нужно доставить, должна быть значительной. Но это не проблема, можно не спешить и доставлять их сериями.
К счастью, существуют дешёвые способы производства биологических препаратов. Цена древесины и даже продуктов питания и топлива, примерно в диапазоне доллара за килограмм. Если бы мы могли сделать килограмм вирусной системы доставки и загрузить её с помощью CRISPR, тогда она может стать достаточно недорогой, чтобы применить её к целому организму.
Фэйи: Да, килограмма бы хватило! Таким образом, вирусная система доставки содержит ген для CRISPR, отдельный ген для направляющей РНК и т. д. Когда он доставляет эти гены в клетку, она производит белки и нуклеиновые кислоты, и все компоненты просто сами собираются в ней, верно?
Чёрч: Да.
Фэйи: Какая система доставки CRISPR лучшая?
Чёрч: Адено-ассоциированные вирусы (AAV) в наше время являются одной из самых лучших систем доставки, потому что их можно нацелить на ткани, отличные от печени (где многие иные системы доставки заканчивают свой путь). Это активная область исследований. Она бурно развивается, и революция CRISPR сделала её ещё более привлекательной.
Безопасность
Фэйи: Насколько специфичным может быть спроектирован вирус для доставки CRISPR только в один вид клеток организма?
Чёрч: На каждую тысячу клеток определённого типа, обычно приходится одна неверная доставка в клетку другого типа, которая не была мишенью. Это вполне неплохо. Кроме того, если у вас есть что-то, нужное для всех клеток, оно должно быть доставлено во все клетки. Даже если у вас есть что-то специфическое, обычно не имеет значение, в какие клетки оно доставляется. Но в тех случаях, когда это важно, вы можете получить правильную доставку около 999 раз из 1000.
Фэйи: Могут ли быть проблемы с одной неверной доставкой из 1000? В целом это все равно вышло бы немало ошибок.
Чёрч: Нужно помнить, что большинство лекарств фактически попадают во все клетки вашего тела. Было бы двойным стандартом сказать, что CRISPR должен быть более специфичным, чем любой предыдущий препарат.
Безопасность также зависит от того, с какой маркой «взрывчатых веществ» вы имеете дело. Как нитроглицерин или тротил. Если вы сделаете безопасность одним из своих главных приоритетов, вы не будете использовать приём, если он может работать неправильно, пока не будете уверены в очень высокой клеточной специфичности.
Фэйи: Ещё очень важно для безопасного использования CRISPR – это не только то, в какую клетку она попала, но и редактирует ли она правильный ген. Насколько точно можно нацелить CRISPR в геноме?
Чёрч: На практике, когда мы представили наш первый CRISPR в 2013 году, его уровень ошибок был около 5%. Иными словами, CRISPR неправильно отредактировал бы 5 клеток из 100. Теперь мы получаем примерно одну ошибку на 6 триллионов клеток.
Фэйи: Это означает, что вероятность серьёзной ошибки теперь настолько низка, что её очень сложно измерить, она намного меньше, чем скорость спонтанных мутаций.
Чёрч: Да. И помимо этого можно использовать небольшие молекулы в качестве условных активаторов, чтобы гарантировать, что предполагаемые изменения происходят лишь в нужных клетках. Сочетание полностью безопасного активатора малых молекул и программируемого нацеливания является беспрецедентным.
Другие проверки также могут быть введены для ещё большей безопасности. Например, когда вирус попадает внутрь клетки, он может принимать дальнейшие решения. Он может по существу спросить: «Я в нужном месте?» – прежде чем действовать. Существует целая область молекулярных логических схем, которые могут применяться во избежание ошибок.
Доступность
Фэйи: Будет ли доступным по цене обращение старения с помощью такого подхода?
Чёрч: Если вы посмотрите на текущую цену, она выглядит огромной и недоступной. В клинических испытаниях участвует около 2000 генных терапий, но единственная из них, одобренная для использования, стоит более одного миллиона долларов за дозу. Вам нужна всего одна доза, но по этой цене она явно недоступна для большинства людей. Насколько мне известно, это самое дорогое лекарство в истории.
Фэйи: Что это за лекарство?
Чёрч: Оно называется Glybera. Оно лечит панкреатит, редкое генетическое заболевание. Но первое секвенирование генома человека обошлось в 3 миллиарда долларов на геном, а теперь его цена всего 1000 долларов, поэтому я думаю, что снижение цены с одного миллиона до тысяч не будет проблемным.
Фэйи: Ещё одна экономия затрат на вмешательство в процесс старения возникла бы, если бы мы могли значительно замедлить старение, просто изменив 5-10 генов. Это могло бы привести к тому, что общая стоимость снизится до приемлемой.
Чёрч: Верно. Комбинация, нужная чтобы изменить, скажем, триллион клеток во всем теле и 10 000 генов, была бы сложной. Но если вы могли бы изменить лишь часть клеток и генов, то сделали бы её доступнее.
Фэйи: Вы сказали, что терапия CRISPR обладает потенциалом для замены обычных лекарств. Почему?
Чёрч: Большое преимущество CRISPR в том, что он намного лучше, чем обычные процедуры, у него прекрасные возможности по «размещению кнопок управления» там, где в настоящее время нет никаких кнопок. Сейчас вам нужно быть очень везучим, чтобы получить хороший препарат, который будет делать ровно то, что вы хотите, и ничего кроме. С CRISPR мы можем быть намного более точными.
Как много можно исправить за один раз?
Фэйи: Если мы знаем, что делать, и мы можем позволить себе это сделать, как быстро мы можем обратить старение? Как насчёт одновременной модификации, скажем, 10 разных типов клеток в организме, которые вызывают большинство старческих изменений? Могут ли они все быть изменены одновременно?
Чёрч: «Все» – большое слово, но я думаю, что многое может быть изменено сразу. Это можно осуществить с помощью того, что мы называем мультиплексированием, используя смесь вирусов или векторов для доставки, позволяющую сделать много изменений за раз. Но вы можете пойти и медленным путём, начиная с самых приоритетных тканей, а затем перейти к менее приоритетным. Определение того, какие ткани являются высшим приоритетом, может варьировать в зависимости от наследственности пациента, возможно, что конкретная ткань будет подвергаться более высокому риску старения.
Дорога в клиники: сколько времени это займёт?
Фэйи: Используя ваш самый лучший метод, сколько времени потребуется, чтобы испытание на человеке было возможно?
Чёрч: Я думаю, что это может произойти очень быстро. Возможно, понадобятся годы, чтобы получить полное разрешение на применение, но может потребоваться всего лишь год, чтобы получить разрешение на испытания первой фазы. Испытания GDF11, миостатина и прочих уже велись на животных, как и большое количество исследований CRISPR. Я думаю, что через год или два мы увидим первые испытания на человеке.
Фэйи: Можете ли вы сказать, какими могут быть эти испытания?
Чёрч: Я помог создать компанию под названием Editas, которая занимается методами лечения генома, основанными на CRISPR. Одни из них направлены на редкие детские заболевания, а другие, надеюсь, будут направлены на старение. У нас также есть компания, специализирующаяся на обращении старения, которая будет тестировать эти методы лечения на животных и человеке.
Лечение старения, FDA и модель пищевых добавок
Фэйи: Является ли проблемой тот факт, что FDA не признает старение болезнью?
Чёрч: FDA занимается многими симптомами старения, такими как остеопороз, мышечная дистрофия, сердечные заболевания, когнитивная дисфункция и т. д. Как правило, сложнее доказать превентивный подход, чем эффективность лекарства, которое лечит быстрое и очень опасное заболевание. И поскольку FDA не хочет, чтобы вы делали любые необоснованные заявления о своём здоровье, они должны были взять на себя ответственность за регулирование любого связанного со здоровьем состояния, о котором можно было бы заявить. На самом деле старению не обязано официально быть болезнью.
Фэйи: Было предложено, чтобы FDA просто оценивало безопасность, а не эффективность. Как вы к этому относитесь?
Чёрч: Мне это очень нравится. Интернет, вероятно, избавит нас от неэффективных лекарств. Рынок пищевых добавок – прекрасный пример того, что безопасность – всё, что необходимо для разрешения. Вы можете поставлять пищевую добавку на рынок лишь на основе её безопасности, но вы не можете поставлять рецептурный препарат лишь на основе его безопасности. Должно быть общее правило.
Фэйи: Свобода инноваций и создание пищевых добавок – вот что такое Фонд продления жизни. Они финансируют все мои исследования в области криобиологии, и их пищевые добавки основаны на научных исследованиях. Хорошие следствия свободы и свободной работы.
Чёрч: Это правда. Я просто говорю, что в FDA существует двойной стандарт. Стандарты на пищевые добавки отличаются от стандартов на новые лекарства, отпускаемые по рецепту.
Фэйи: Возможно, если бы это было изменено в пользу стандартов на добавки, у нас было бы гораздо больше лекарств, и всё было бы намного лучше.
Чёрч: Да. Фокусирование внимания на безопасности, вероятно, является правильной моделью.
Фэйи: Спасибо, доктор, за удивительный экскурс в ближайшее будущее!
Об авторах:
George Church, PhD – американский генетик, молекулярный инженер и химик. Профессор Гарвардской Медицинской Школы и профессор наук о здоровье в Гарварде и МТИ. Основал Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering и 9 биоинженерных компаний.
Gregory M. Fahy, PhD – криобиолог и биогеролог, вице-президент и главный научный сотрудник в Twenty-First Century Medicine, Inc. Лучший в мире эксперт по криопрезервации и витрификации органов.
24.07.2017 Источник: geektimes.ru
