«Проблемы, отстоящие более чем на миллиард лет, мы можем отложить до следующего года»

Почему человеческий геном прочитан и не прочитан одновременно, чем гены похожи на самолеты и автобусы, почему важны неудачные эксперименты с CRISPR/Cas9 и каковы перспективы создания синтетических организмов? Об этом Indicator.Ru поговорил с Эриком Лэндером, американским математиком и генетиком, профессором биологии Массачусетского технологического института и лауреатом премии «За прорыв в области медицины» (Breakthrough Prize in Life Sciences).

— Можно ли считать, что человеческий геном полностью секвенирован и расшифрован? Секвенированы ли центромеры и теломеры, с прочтением которых были проблемы?

— Человеческий геном полностью не секвенирован. Мы завершили секвенирование генома, но это не значит, что мы получили полную последовательность генов. Работая над проектом «Геном человека», мы решили для себя, что полное секвенирование будет означать наличие всех последовательностей, которые могут быть получены с помощью имеющихся методов. Это значит, что у нас сейчас есть около 99,7% эухроматиновых (активных, которые в покоящемся ядре имеют развернутое состояние и с которых считывается информация о синтезе белка, — прим. Indicator.Ru) последовательностей человеческого генома. Мы все еще можем получить точную последовательность для всех центромер («перетяжек», где хроматиды, половинки хромосомы, скрещиваются, — прим. Indicator.Ru). Теломеры (концевые части хромосом, — прим. Indicator.Ru), как и центромеры, тоже состоят из коротких повторов с небольшими вариациями, и они очень малы, поэтому секвенировать их трудно.

Я думаю, будет честно сказать, что последовательность нуклеотидов почти всего человеческого геном прочитана, но само прочтение последовательности этого генома — не самый проблемный этап в понимании человеческих заболеваний. Каждый раз, когда я говорю о человеческом геноме, я подчеркиваю, что секвенирование до сих пор не такая уж и простая задача, и это тоже важно принимать во внимание.

— Сейчас перед учеными стоит задача интерпретации всех полученных в ходе секвенирования результатов. Сколько времени может занять такая работа? Можно ли ожидать, что ее результаты будут использоваться на практике через 10-15 лет?

— Они применяются на практике каждый день. Каждый раз при обращении пациента с каким-либо генетическим заболеванием врач может секвенировать его ДНК, сравнить с контрольной последовательностью и выяснить, есть ли мутация в конкретном гене.

Это работает для заболеваний, которые вызывает поломка в одном гене. Мы знаем ген, в кодирующей части которого есть мутации. Секвенирование генома используется ежедневно, полученные последовательности интерпретируются каждый день, например, у пациентов с генетическими заболеваниями и раком. Эта технология помогает исследователям искать регуляторные области гена, то есть не только понимать, где регуляторные белки связываются с генами, но и «включать» их.

Если же задаваться вопросом, сколько времени понадобится для интерпретации человеческого генома… Мы не закончили интерпретацию всей информации, на это уйдут десятилетия, возможно, столетие, потому что последовательность человеческого генома — продукт трех миллиардов лет эволюции в целом и пяти миллионов лет эволюции человеческого вида в частности. Наконец, это продукт сотен тысяч лет приспосабливания, пока люди распространялись по всему земному шару. Сейчас работа ведется над пониманием того, как маленькие изменения в этой последовательности формируют общие для всех людей черты, как гены развиваются, как они включаются в нужный момент, а также каковы различия между людьми.

Итак, мы далеко продвинулись в секвенировании человеческого генома и многое уже объяснили, но все еще остаются секреты в том, как работают три миллиарда букв ДНК, и их ежегодный поиск подобен охоте за сокровищами. Эта информация скрыта от нас биологией и эволюцией, и каждое поколение студентов находит новые сюрпризы.

— Как вы относитесь к экспериментам по синтетической биологии? Этично ли внедрять гены человека в ДНК других видов (мышей, одноклеточных)?

— Я думаю, очень важно уметь понимать биологию, осознавать, что мы можем одновременно и анализировать ДНК, и изменять ее. Я не могу понять, как работает то, о чем я не знаю, не знаю, как что-то устроено, если не могу построить это сам. Множество областей сочетают аналитические и синтетические компоненты. У нас есть аналитическая биология: ученые могут взять сложную систему, посмотреть, как удивительно она работает, как работает регуляция генов, постараться понять, как это существует в природе. После этого мы можем попытаться создать синтетический регулятор, который включал бы ген в определенном направлении.

Можно наблюдать за полетом самолета и сказать после этого: я думаю, что понимаю, как это происходит. Когда вы после этого пытаетесь построить самолет, вы обнаруживаете, что он не летает, что вы упустили что-то.

Поэтому синтетическое — естественный спутник аналитического. Вернемся к вашему вопросу. Вы спрашиваете, что я думаю по поводу синтетической биологии. Мы умеем синтезировать гены и вставлять в организмы, чтобы понять, как они работают.

— Я имею в виду пересадку части ДНК человека другому организму, например муравью, для создания нового организма.

— Если вы имеете в виду, что я думаю по поводу создания новых организмов с их последующим выпуском в окружающий мир, то это совершенно другой вопрос. Вы знаете, что экосистемы очень сложны, и люди, вмешиваясь в них, могут создать проблему, с которой трудно бороться. Поэтому мысль о конструировании новых организмов, если их намерены выпускать в экосистемы, меня беспокоит, так как мы, как правило, не слишком хорошо можем предсказать последствия таких действий.

Таким образом, синтетическая биология — это очень мощный инструмент для понимания того, как устроены организмы, для медицины. Или, например, вопрос: можем ли мы улучшить существующий организм, например, крабов? Да. Можем ли мы при помощи синтетической биологии изменить определенные условия выращивания крабов и сделать еду доступной, дать фермерам возможность выращивать продукты питания в сложных климатических условиях? Да. Это очень хорошее применение. Все зависит от того, как далеко вы заходите. Я бы тщательно обдумывал такие действия, просчитывал все риски.

— А что вы думаете по поводу работ Цзюньцзю Хуана, который в 2015 году опубликовал первую в мире работу, описывающую результаты редактирования человеческого эмбриона при помощи CRISPR/Cas9?

— Я напомню коротко о том, что они сделали. Они взяли генно-модифицированный человеческий эмбрион, но эмбрион, из которого никогда не смог бы развиться человеческий организм. Они использовали оплодотворенные яйцеклетки с дополнительным набором хромосом (полученные из клиник, где делают ЭКО, — прим. Indicator.Ru), которые не могли дать жизнь человеческому существу. Они обнаружили, что процесс генной инженерии очень несовершенен, столкнувшись с множеством проблем. Я думаю, это был очень показательный эксперимент с точки зрения этики. С точки зрения этики выбор такого эмбриона, не способного к развитию во взрослый организм, очень правилен. По сути, они сказали: «Хм, это не работает так уж хорошо». Я полагаю, что именно по этой причине это была чрезвычайно важная статья. Она продемонстрировала, что редактирование геномов требует огромной осторожности.

— Расскажите о Комиссии советников при президенте США по вопросам науки и техники. Мне было бы интересно узнать, есть ли в США какие-либо документы, стратегия относительно развития науки и техники.

— В Комиссию при президенте входят около 20 ученых, инженеров, и технологов со всей Америки, и мы вырабатываем рекомендации Белому дому по любому интересующему их вопросу. Мы подготавливаем доклады, которые публикуются в Интернете. По запросу «PCAST» вы найдете от 25 до 30 отчетов, написанных за последние семь лет по целому ряду тем. И эти отчеты выложены в открытый доступ.

— Как вы представляете себе науку в целом и биологию и медицину в частности через 15 лет? Я понимаю, что это очень сложно, но, может быть, у вас есть какое-то видение?

— Давайте вернемся назад на 15 лет. Итак, 15 лет назад мы только завершали проект по прочтению человеческого генома. У нас были только черновики и отрывки, а не полная последовательность генома человека. С того момента за этим секвенированным геномом последовал целый миллион других. Очень трудно было бы предсказать это 15 лет назад, потому что сотни тысяч частей генома еще только расшифровывались.

В науке невозможно делать хорошие предсказания на годы вперед, но мне бы хотелось думать, что через 15 лет у нас будет практически полный набор знаний о причинах болезней, клеточных механизмах, которые «ломаются» в результате заболеваний. Я также надеюсь, что много новых потрясающих технологий, которые сейчас сложно представить, помогут нам лечить заболевания. Конечно, не все, этого не может произойти за 15 лет.

Основной прогресс ожидается в области понимания причин заболевания и совершенствования инструментов лечения. Я надеюсь, мы составим полный каталог клеток наподобие клеточного атласа и сможем использовать эту информацию для того, чтобы понимать их физиологию и механизмы развития того или иного заболевания, и вся эта информация будет использована в медицине. Также надеюсь, что мы много выясним о регуляции работы генов. Я думаю, мы будем наблюдать очень серьезный прогресс в составлении планов борьбы с раком, с каждым его типом, чтобы видеть геном клеток раковой опухоли пациента и назначать точечное лечение, потому что мы знаем, что делает раковые клетки устойчивыми к лечению. Мы сможем узнать, как комбинировать лечение так, чтобы этого не произошло. Кроме того, мне кажется, будет достигнут значительный прогресс в понимании причин возникновения, например, психических заболеваний.

— Я также хотел спросить, есть ли у вас мнение о российской науке? Знаете ли вы каких-либо российских ученых в вашей области? Работали ли вы с кем-либо из России? Может быть, у вас есть студенты или аспиранты из России?

— Первый раз я посетил вашу страну в 1980 году, побывал в Москве и Ленинграде. Я был студентом магистратуры, защищался в Оксфорде. А в январе можно было очень дешево путешествовать, всего за 100 фунтов, включая перелет, проживание и питание. И все время, пока я там был, на улице было минус 30, очень холодно. Все оказалось очень интересным, и я приезжал еще несколько раз: в начале 2000-х годов на встречу по геному человека и еще один раз с семьей.

Я не очень хорошо представляю состояние дел в современной российской науке, в молекулярной биологии и генетической медицине. Россия не приняла участия в проекте «Геном человека», понятно, что в то время ей было не до этого. Я не думаю, что сейчас в России это значимое направление. У нас много студентов из России, но очень часто это эмигранты. В последнее время число студентов из России, приехавших для учебы в аспирантуре, относительно небольшое. Я не знаю точного числа, также не в курсе относительно возможностей финансирования студентов и аспирантов в России. Было бы очень интересно узнать об этом больше. Потому что, вы знаете, как математик (по первой специальности я математик), я чрезвычайно уважаю российскую математику и физику, но я не знаю столько же о российской биологии. Я слышал мнение о том, что в середине XX века произошел ряд событий, которые замедлили развитие российской биологии.

Я не знаю, мог ли Лысенко что-то либо сделать… Легко сказать, что, да, во всем виноват Лысенко, но я не знаю, как долго его тень витала над страной. Зато я знаю, что в годы Холодной войны физика и математика значили больше. Учитывая цели Советского Союза, такое распределение инвестиций имело смысл в то время.

Я считаю здоровье очень важным вопросом XXI века, поэтому мне было бы интересно узнать больше о планах России по поводу создания активного интеллектуального сообщества в естественных науках. Я думаю, это было бы замечательно. Нам нужна каждая страна, активно развивающая естественные науки, потому что здоровье и обнаружение заболеваний — это единственное, что объединяет все страны. Какие родители не хотят видеть своих детей здоровыми? Здесь, как правило, ответ одинаковый, будь то Москва или Монтана.

— И последний вопрос: что вы думаете о судьбе Вселенной, о том, что человечество умрет?

— Мы говорим о 30 миллиардах лет до того, как Вселенная разлетится, или о нескольких миллиардах лет до того, как погаснет Солнце? О чем именно?

— У нас много астрономических проблем. Давайте поговорим о будущем нашего Солнца.

— Мне кажется, у человечества существует гораздо больше возможностей попасть в неприятности до того, как погаснет Солнце. И это заслуживает большего внимания. Моя позиция заключается в том, что проблемы, отстоящие более чем на миллиард лет, мы можем отложить до следующего года или, возможно, даже до следующего поколения. Я буду счастлив, если мои внуки будут размышлять над проблемами, отстоящими от нашего времени на миллиард лет.

Лучше бы я удостоверился, что мы работаем над решением проблем, с которыми можем столкнуться через 100 лет. А такие проблемы включают климат на Земле, нехватку пресной воды, производство продуктов для людей, сегодня живущих на планете. Я понимаю, что человек заинтересованный не может не волноваться о неизбежном после того, как Солнце погаснет. Но, вы знаете, вы можете размышлять о таком множестве проблем… Я был бы счастлив сосредоточить большую часть внимания на следующем веке. А через несколько миллиардов лет, возможно, мы просто сменим планету обитания.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.