Почему технология CRISPR может спасти миллионы жизней, и как она работает

Содержание

1. CRISPR — инструмент борьбы с серповидноклеточной анемией
2. В чем суть метода редактирования генов: принцип работы
3. Кризис отрасли
4. Новые пути решения проблемы
5. Технология In vivo
6. Заключение
7. Источники

Генная инженерия — инструмент, который активно применяется в сельском хозяйстве, производстве пищевых продуктов, а также в медицине, фармакологии и при решении вопросов долголетия. При этом в медицинской области возникало немало трудностей, связанных с применением биофармацевтических препаратов, созданных на основе моноклональных антител, полученных путем редактирования генома. Однако сегодня есть немало оснований для оптимизма. В статье расскажем о том, что это за технология CRISPR, почему она так важна и как работает.

В чем суть метода редактирования генов: принцип работы

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats — это CRISPR, или короткие палиндромные повторы, расположенные группами с определенной регулярностью. На уровне бактерии это фрагменты ее ДНК, которые служат для защиты от вирусов. Благодаря таким участкам дезоксирибонуклеиновой кислоты клетки могут распознавать «враждебные» структуры, а значит, подключается иммунная защита, направленная на уничтожение чужеродного тела.

CRISPR — что это такое простыми словами:

• Это иммунная система микроорганизма. Когда бактерия заражается вирусом, происходит активация особой макромолекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты), в которой кодируется, хранится и реализуется генетическая информация о клетках.
• При активации CRISPR РНК подключается белок cas-нуклеазы. Этот синтез помогает найти данные о вирусе. Когда совпадения найдены, cas режет вирусную ДНК. Разрез проходит по обеим цепям молекулы.

В результате организм сам уничтожает враждебные тела, что исключает дальнейшее заражение.

Это сложный процесс, который ученые назвали «геномными ножницами». Работает ли защитная система только на уровне бактерий? Нет, она существует даже у организмов высшего порядка, к которым относится человек.

Кроме того, существует специфический белок нуклеазы — Cas9. Особенность в том, что он многофункционален: связывается с РНК, быстро распознает чужеродную ДНК и уничтожает ее.

Сегодня технология редактирования генома CRISPR/Cas9 применяется как инструмент, который поможет найти конкретную последовательность цепочки дезоксирибонуклеиновой кислоты, вырежет ее и позволит вставить в геном.

В таблице указано, где и как используется метод редактирования генома.

Если перспективы у этой технологии? Да, редактирование генов уже активно применяется в фармакологии и медицине — и не только на уровне исследований. Несмотря на то что метод молодой, он уже демонстрирует положительные результаты на конкретных примерах лечения генетических заболеваний.

CRISPR — инструмент борьбы с серповидноклеточной анемией

Один из примеров эффективного применения технологии — это история Тамани Харрис, студентки колледжа во Флориде. Она родилась с генетическим заболеванием — серповидноклеточной анемией. В ходе развития болезни происходит мутация гемоглобина: красные тельца становятся плоскими и жесткими, что затрудняет их прохождение по кровеносным сосудам. Такое состояние вызывает сильный болевой синдром. При этом с «кризисом» пациентке приходилось сталкиваться несколько раз в месяц.

Решением проблемы были две процедуры: частое переливание крови и прием сильнодействующих опиоидов, которые должны были приглушать боль. В этой ситуации нет никакой гарантии на выздоровление. Человек может умереть в молодом возрасте. Однако родители Тамани Харрис убедили ее поучаствовать в испытании терапии на основе технологии CRISPR для лечения серповидноклеточной анемии и бета-талассемии (также генетическое заболевание крови).

В 2021 году Харрис приехала в Нью-Йорк, где и проходило испытание нового препарата Casgevy, разработанного компанией Vertex Pharmaceuticals и CRISPR Therapeutics.

Что нужно знать о лечении серповидноклеточной анемии:

• Чтобы вылечить заболевание, нужно трансплантировать костный мозг, который содержит здоровые стволовые клетки. Это значит, что в мозговых клеточных структурах должен отсутствовать дефектный ген гемоглобина. Только здоровые клетки могут вырабатывать полноценные эритроциты.
• Чтобы пересадить костный мозг, нужен подходящий донор. При этом не всегда биологический материал родственников подходит для этих целей. Если брат/сестра недостаточно похожи по определенным признакам, трансплантация может пройти неудачно или организм реципиента отторгнет трансплантат.

Решить проблему можно, применив редактор генов. Собственные клетки пациента подходят для трансплантации, и их можно превратить в трансплантат. Для этого ученые извлекают стволовые клеточные структуры из костного мозга пациента, где их стимулируют с помощью CRISPR, что приводит к выработке функциональной версии гемоглобина. Так человек с серповидноклеточной анемией получает здоровый трансплантат.

Данное лечение успешно прошла Тамани Харрис, у которой не наблюдаются приступы заболевания уже на протяжении трех лет. Всего в исследовании участвовали 42 пациента, у 39 из которых — положительная динамика.

В 2023 году препарат Casgevy стал первым лекарством, разработанным на основе технологии «геномных ножниц», получившим одобрение на государственном уровне в Великобритании и США.

Casgevy стал примером, что генная инженерия может выполнять свои обещания — лечить генетические заболевания.

Кризис отрасли

Пик инвестирования в технологии, подобные Casgevy, пришелся на 2010-е и начало 2020-х годов. Биотехнологические компании, занятые в этой отрасли, получили значительные инвестиции. Вторая волна инвестирования пришлась на период пандемии, когда была выдвинута идея о том, что биотехнологии должны спасти мир.

Но повышение процентных ставок резко снизило интерес со стороны инвесторов. Однако это не единственная причина уменьшения спроса. Не все системы здравоохранения готовы платить высокую цену за универсальное лекарство. Например, в США стоимость Casgevy составляет 2,2 млн долларов. Кроме того, компании, занятые в разработке биофармацевтических препаратов, занимались изучением одних и тех же заболеваний.

К чему привел кризис отрасли. Биолаборатории стали отказываться от разработки лекарств для редких генетических заболеваний в пользу распространенных патологий. Причина — большое количество пациентов, а значит, возможность делать более доступные препараты и продавать больше.

Например, биотехнологическая компания Editas разрабатывала лекарства для лечения сетчатки глаз, но свернула свой проект, несмотря на хорошие результаты. Еще одна организация, которая закрыла успешные программы с 18 до 5, — Prime Medicine. Также компания Tome Biosciences была закрыта несмотря на вложения в размере более 200 млн долларов.

Несмотря на кризисную ситуацию CRISPR — инструмент, который породил новые системы редактирования генов. Casgevy оказался рабочим препаратом, который имеет значение для генной инженерии и медицины в целом. Кроме того, руководство компании Vertex не собирается сворачивать программу Casgevy, так как лекарство может принести лаборатории многомиллиардную прибыль. Более 8 млн человек страдают серповидноклеточной анемией и бета-талассемией. Уже подписываются сделки с государственными медучреждениями Великобритании, Англии, Ближнего Востока на получение препарата.

Новые пути решения проблемы

Дэвид Лю из института Броуда в Массачусетсе изобрел простую схему редактирования генов, которая оказалась точнее, чем «Криспер». Суть метода в том, чтобы заменять одну пару оснований ДНК на другую. Этот базовый редактор был протестирован на людях в 2022 году. По предварительным данным, результаты были положительными.

Дэвид Лю также изобрел прайм-редактирование, с помощью которого можно переписывать не только одно основание, но и целый участок ДНК. Для этого используется копирование из пользовательского кодового шаблона. В 2024 году прайм-редактор прошел испытания на людях.

Минус новых решений в том, что они находятся только в начале тестирования и пока еще не позволили получить эффективный препарат, в отличие от CRISPR — метода, с которым ученые уже знакомы и знают, как он работает.

Технология In vivo

Существует еще одна альтернатива «Крисперу» — это In vivo, или метод, который позволяет редактировать клетки внутри организма, а не трансплантировать их. Такой способ дешевле и безопаснее для пациентов, что позволяет биотехнологическим компаниям разрабатывать препараты для лечения распространенных заболеваний.

На ранних этапах развития технологии был существенный минус — сложность доставки лекарства в нужное место. Ученые нашли решение проблемы, сделав ставку на липидные наночастицы (LNP) — мельчайшие пузырьки жира, которые вводятся в виде инфузии.

Каждая частица LNP должна содержать систему наведения CRISPR и молекулу мРНК, действие которой направлено на выработку белка-редактора.

В 2024 году компания Verve Therapeutics проводила испытания редактора с применением наночастиц для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Цель — подавить ген, который приводит к повышению уровня холестерина в крови. Однако лаборатории пришлось свернуть текущий проект, так как у одного из испытуемых возникла негативная реакция на LNP. Поэтому было принято решение поменять формулу наночастицы.

Если ученым Verve удастся решить проблему доставки лекарства, это будет еще одним прорывом в генной инженерии. Технология позволит предотвращать/лечить преждевременную ишемию коронарных артерий и генетическую гиперхолестеринемию, от которой страдают миллионы людей. Именно из-за такого диагноза у пациентов повышает уровень холестерина в крови и возрастает риск развития атеросклероза (ASCVD).

Для решения вопросов долголетия это также имеет большое значение. Так как именно сердечно-сосудистые заболевания приводят к преждевременной смерти.

Кроме того, руководство Verve ставит глобальные цели. Если будет найдено правильное решение, более 300 млн. человек могут получить лекарство от атеросклеротической сердечно-сосудистой патологии. В будущем появится возможность лечить тех, кто подвержен риску этого заболевания.

Следующий шаг, если будет найдена нужная формула LNP, — это разработка безопасных редакторов, которые позволят доставлять лекарства не только напрямую в печень, но и в другие органы. Например, при доставке препаратов в головной мозг можно будет лечить целый ряд заболеваний.

Еще одна идея, над которой работают ученые, — создание «транспортировщиков в оболочке», которые бы доставляли лекарства прямо в клетки. Для этого планируется использовать вирусоподобные частицы, способные проникать в клеточную структуру. Такие вирусы не будут содержать вредоносного генома, поэтому безопасны для организма. «Транспортировщики» могут быть созданы по принципу LNP, но покрыты молекулами, которые распознают определенные типы клеток.

В начале 2025 года компания Verve обновила свои исследования, заручившись поддержкой исследовательского центра Intellia Therapeutics (специалисты разрабатывали In vivo-терапию для лечения генетического ангионевротического отека). Плюсом для продолжения исследования оказалось и то, что на государственном уровне были снижены стандарты регулирования для компаний, занятых в подобных проектах. Также были найдены инвесторы, которых привлекло снижение процентных ставок.

Минусы также нашлись. Коммерческие организации сегодня заняты разработкой лекарств для лечения распространенных заболеваний. При этом без внимания остаются люди с редкими генетическими патологиями. Есть опасение, что такие пациенты могут не дождаться лекарственных препаратов от биотехнологических лабораторий. Несмотря на это, ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Лос-Анджелесе заключили некоммерческие партнерские соглашения с основным производителем CRISPR — компанией Danaher. Цель — проводить клинические испытания для пациентов с редкими наследственными заболеваниями. Исследовательская деятельность будет проводиться по алгоритму испытаний персонализированных вакцин против онкологических заболеваний. Это значит, что для каждого испытуемого будет подбираться уникальное лекарство.

Заключение

CRISPR действительно может спасти миллионы жизней, но эта технология еще далека от совершенства. И лечение некоторых болезней может быть основано не только на редакторах ДНК. Например, могут применяться препараты, нацеленные на разрушение патогенных белков или блокировку работы генов.

Однако чтобы в полной мере воспользоваться плюсами генных редакторов, ученые не останавливаются и ищут новые пути для создания безопасных биофармацевтических препаратов.

Источники

The Economist. // CRISPR could yet save millions of lives. Here’s how — 2025. Источник: https://www.economist.com/technology-quarterly/2025/02/21/crispr-could-yet-save-millions-of-lives-heres-how

Зиганшин А. М., Мулюков А. Р., Омаров М. А., Мудров В. А., Халитова Р. Ш. Перспективы применения системы CRISPR-Cas9 в лечении вирусных заболеваний человека. // Acta Biomedica Scientifica — 2023. Источник: https://cyberleninka.ru/article

Семцива С. И. Перспективы международно-правового регулирования использования современных биотехнологий. // Вопросы права — 2023. Источник: https://cyberleninka.ru/article

Абрамова М. В., Малых А. С., Гатиева Я. М., Казалов М. А., Селькова П. А., Якимов А. П., Васильева А. А., Арсениев А. Н., Ходорковский М. А. Анализ белка Cas1_3 асгардархей: экспериментальная характеристика потенциального промежуточного звена в эволюции систем CRISPR-Cas. // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки — 2024. Источник: https://cyberleninka.ru/article

Галицына Е. В., Куликова Е. А., Павельев Ю. А., Кузнецова О. С., Сенина А. С. Лекарственные препараты клеточной терапии: современное состояние исследований. // БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение — 2024. Источник: https://cyberleninka.ru/article