Светлана Смирнихина: «Для того, чтобы создать лекарство, нужна мультидисциплинарная команда»

В новом выпуске программы Российского Радиоуниверситета Радио России вышло интервью заведующей лабораторией редактирования генома МГНЦ, к.м.н. Светланы Смирнихиной. Тема программы: «Вирусы и наночастицы для создания лекарств для лечения генетических болезней».

Как на основании исследований геномной терапии в МГНЦ была создана молодежная лаборатория? Что разрешено и запрещено при редактировании генома человека? Как работает геномный редактор в клетке человека? Как расшифровка генома человека привела к пониманию механизмов наследственных болезней? Какие специалисты нужны для разработки геномного лекарства? Как с помощью геномных технологий воздействовать на процессы старения или повреждения организма в результате плохой экологии?

Беседовал: автор и ведущий программы Российского Радиоуниверситета Радио России Дмитрий Конаныхин.

Как наши ведущие генетики разрабатывают лечебные препараты для помощи людям с врожденными генетическими заболеваниями? Эти заболевания не так редки, как нам кажется. При некоторых диагнозах люди не всегда сразу понимают, что с ними происходит или что происходит необычного с точки зрения повседневной практики.

Ваша лаборатория работает с 2019 года. Лаборатории создаются в то время, когда ученые начинают понимать, для чего им нужны те или иные методы исследования. Расскажите, как была создана ваша лаборатория, какие у нее задачи?

Сначала была лаборатория мутагенеза, которую возглавлял академик Николай Павлович Бочков. Я – его ученица. В то время мы только пробовали заниматься генной терапией, проводили поисковые исследования. В какой-то момент у нас сменился заведующий и коллектив переключился на другую тематику. Когда Сергей Иванович Куцев, руководивший в то время лабораторией мутагенеза, стал директором Медико-генетического научного центра имени академика Н.П. Бочкова, лаборатория заинтересовалась набиравшим популярность методом геномного редактирования. Мы решили продолжить дело Николая Павловича Бочкова и начать разрабатывать методы, которые могли бы помочь лечить наследственные заболевания. И в 2019 г., когда Министерство науки и высшего образования Российской Федерации выделило средства для организации молодежных лабораторий, которые займутся новыми, прорывными темами, мне предложили возглавить новую лабораторию, которая, фактически, вышла из лаборатории мутагенеза. Мы существуем с 1 января 2019 г.

Первое заболевание, с которым мы начинали работать – это муковисцидоз. Сегодня этот перечень существенно расширен.

В мире вокруг этой темы существует множество мифов. Расскажите, пожалуйста, какие этические проблемы возникают в вашей работе? Ближние и дальние цели, направления ваших исследований?

В этой области исследований с точки зрения этики запрещено редактирование эмбриона. Мораторий подписан во всех странах. Разрешено редактирование только с научной целью и только до 14-го дня эмбрионального развития. После этого срока эмбрионы должны быть утилизированы. Клетки взрослого организма редактировать или пытаться это делать разрешено. Это и этически правильно, и не несет драматических последствий для организма, для популяции человечества в будущем. Изменения в геноме, которые возникают в результате нашей работы, не наследуются. Дети таких родителей не будут нести в себе никаких изменений, возникших в результате полученных генотерапевтических препаратов. Это безопасно для потомства.

Наша лаборатория проводит первые испытания препаратов на доклинической стадии на клетках пациента. У нас есть несколько заболеваний, для которых мы разрабатываем препараты. Мы берем разные клетки от пациентов с конкретными заболеваниями и пытаемся в них редактировать мутации, которые приводят к этим заболеваниям. Далее мы смотрим, насколько это эффективно работает. Наша задача – хорошо разработанную технологию передать дальше, в фармацевтическую кампанию, имеющую опыт проведения полноценных доклинических исследований на животных, а затем довести препарат до пациента.

Важный момент. Вы говорите, что берете некую клетку, в ней проводите редактирование и после этого создаете субстанцию, вещество, которое становится прообразом будущего препарата. Объясните, как работает этот препарат, если его ввести человеку с каким-то врожденным генетическим заболеванием. Какой механизм вы используете?

В первую очередь, нам нужно, чтобы геномный редактор, то есть комплекс молекул, который мы используем для изменения генома, попал в клетку. Взрослый человек или ребенок, у которого есть заболевание, состоит из большого количества клеток. Рассмотрим пример больного муковисцидозом. У него, в первую очередь, страдают легкие. У больных - частые пневмонии, бактериальные инфекции, сложности с дыханием, и т.д. При этом не затронуты другие органы. Наша задача – чтобы в нужные клетки (клетки легких) попали созданные нами генетические редакторы, которые должны изменить геном и скорректировать, исправить имеющуюся мутацию. Мутация есть во всех клетках, но именно в клетках легких мутация вызывает симптомы заболевания.

Мы выбираем «доставщика» для переноса генетического редактора в клетки легких. Это могут быть вирусы, липидные наночастицы. В них мы упаковываем генетический редактор и вводим в организм пациента. Как и куда вводить препарат, зависит от заболевания. Если говорить о болезни легких, логично вводить препарат ингаляторно. Человек вдыхает генетическую конструкцию с редактором, она попадает в клетки легких. Далее она идет в ядро, в котором находится ДНК с генетической мутацией, которую надо исправить. Генетический редактор способен найти эту мутацию (генетический редактор так запрограммирован), и с помощью определенной молекулы изменить последовательность ДНК на нужную.

Т.е. вы проектируете такую сложную молекулу, обладающую способностью обнаружить и зафиксироваться именно в нужном месте ДНК, которое содержит мутацию. В результате конвейер по производству клеток начинает работать правильно, по «правильному чертежу». Начинается воспроизводство «правильных», здоровых клеток.

Да, все верно. Мы меняем небольшой участок гена в конкретной клетке, и все, что потом из нее образуется путем деления, другие клетки, будут нормальными.

Сама задача разработки такого генетического чертежа требует глубокого понимания механизма мутации, что стало возможно после расшифровки генома человека и не просто расшифровки, а понимания того, за что отвечает каждое звено ДНК.

Да, все верно. Еще в 60-е годы, когда врачи поняли, что есть наследственность, которая связана с заболеваниями, когда в одних и тех же семьях наблюдалось рождение детей с одними и теми же симптомами. Ученые предположили, что есть некие генетические элементы, ответственные за передачу заболевания из поколения в поколение. Уже в то время они задумались о генной терапии. Но только после расшифровки генома стала понятна связь определенной мутации с изменениями определенного белка, который участвует в определенных процессах, что приводит к определенным симптомам, комплексу симптомов. В результате удалось технически осуществить манипуляции с геномом и генную терапию.

Трудно представить, сколько необходимо изучить научных дисциплин, чтобы это понять: математика, программирование, химия, физика (если мы говорим о геометрии молекул), биология. Нужно очень хорошее оснащение, техническое и компьютерное, нужна не только научная школа, но и понимание места вашей лаборатории в мировой биотехнологической гонке. Как ваш центр взаимодействует с другими фундаментальными центрами страны и мира?

Да, вы правы. Для того, чтобы создать лекарство, нужна мультидисциплинарная команда, включающая в себя врачей, знающих патогенез заболевания, симптомы заболевания, вирусологи, которые помогают создавать генетические векторы для доставки редакторов в клетки, химики и физики, которые делают липидные наночастицы, в которые упаковывается генетический редактор, биологи, у которых есть виварии с лабораторными животными. Причем мультидисциплинарная команда не ограничивается Россией. Да, путь долгий и многоэтапный. Надеюсь на положительный результат.

Я не сомневаюсь в положительном результате. Это направление связано с разработкой определенных процессов, знанием, как работает клетка. Вирусный вектор - это измененная молекулярная конструкция, обладающая свойством проникновения в определенное место?

Да, это искусственные вирусы. Они несут только оболочку вируса, которая позволяет им проникнуть в клетку.

Это не наносит вред, не приведет к эпидемии?

Нет, это не патогенные вирусы, они лишены всех генов, которые делают их патогенными, вирулентными, способными размножаться. Их геном полностью заменен на нашу генетическую конструкцию, которая полезна для клетки.

 Как вы видите эту конструкцию, как определяете, что конструкция правильная? Как вы производите эти конструкции на молекулярном уровне?

Мы их не видим. Их можно было бы рассмотреть в очень мощном электронном микроскопе, но его у нас нет. Чтобы понять, что у нас есть вирус, который способен что-то доставить в клетки, мы создаем пробную партию вирусов, метим их каким-либо ярким сигналом-белком. Если на финальном этапе протокола мы видим этот яркий сигнал, значит, вирус собрался. Мы можем его посчитать с помощью молекулярно-генетических методов: сколько присутствует копий этого вируса. Мы допускаем, что, когда мы будем собирать вирус с генетическим редактором по тому же отработанному протоколу, вирус соберется точно также и примерно в таком же количестве. Хотя сигнал в этом случае будет отсутствовать.

 Россия в области исследований в сфере биотехнологиий сегодня на каком месте в мире?

Россия отстает по ряду причин. Это связано и с оттоком людей за границу, и с недостаточным финансированием, и с нехваткой оборудования, с бюрократическими вопросами. Есть много преград на пути от лаборатории к пациенту. Ситуация понемногу меняется, но не быстро. В России на сегодняшний день нет ни одного клинического исследования с участием конкретных пациентов, где бы использовали лекарственный препарат на основе геномного редактирования. Все препараты сейчас проходят доклинические исследования на клетках пациентов и на лабораторных животных.

Но вот совсем недавно, во время эпидемии COVID-19, которая ударила по всему земному шару, мы видели совсем другую картину, когда наши ученые, понимая, как работают фундаментальные законы генетики, создали выдающуюся по своим качествам вакцину. А в данном случае государство уделяет ли внимание разработкам? Лаборатория создана 5 лет назад. Есть ли какой-нибудь национальный проект с точки зрения биотехнологии и работы с лекарствами для генотерапии?

Да, есть финансирование отдельных учреждений или коллабораций, которые разрабатывают генетические технологии. Наша организация тоже подавала заявки, но, к сожалению, нас пока не поддержали.

Финансирования не хватает для хорошей разработки, которая имеет потенциал использования и за границей, а не только в России.

Вернемся к мутациям у человека. Насколько распространены такие заболевания?

Все наследственные заболевания относятся к классу орфанных, т.е. редких.

Например, муковисцидоз. Частота его распространения –1:3000 человек. Это самое частое заболевание, остальные встречаются еще реже. Разрабатывать препараты для такого небольшого количества больных может показаться нецелесообразным. Но в России проживает 4000 пациентов с диагнозом муковисцидоз, а в мире их около 70 тысяч. То есть, если не работать в этом направлении, более 70 тыс. человек окажется без возможности лечения.

Могут ли такие исследования способствовать развитию каких-то других вещей? Может быть, чтобы справиться со старением, с заболеваниями от неправильной экологии, «ремонтируя» клетки нашего организма от износа?

Вы немного фантазируете. При моногенном заболевании мы знаем, какую мутацию надо лечить, а при старении мы не знаем, что именно приводит к нему и что необходимо исправить в геноме, чтобы продлить жизнь. Поэтому то, о чем вы говорите, недостижимо в ближайшее время.

Поговорим о направлениях ваших исследований. Вы работаете только с муковисцидозом или есть и другие разработки?

С муковисцидоза мы начинали. Сейчас к этому добавились миодистрофия Дюшенна (поражается скелетная мускулатура) и гликогеноз 1А-типа (заболевание печени). Разработки ведутся на доклинической стадии на клетках пациентов. Мы используем методы геномного редактирования, которых достаточно много, около 50-ти. У нас используется семь. Они не универсальны. Для одних мутаций больше подходят одни методы, для других – другие. Это многообразие мы пытаемся использовать в работе.

У вас есть какие-то ограничения в финансировании?

 Да, есть гранты. Они дают ограничения во времени, но есть научные разработки, которые возможно и продлять.

Как вы относитесь к редактированию детей?

Я сторонник науки, причем, вдумчивой науки. Я врач по образованию, поэтому, главное – не навредить. А уже потом я думаю, как можно помочь.

Поэтому, когда говорят о создании «дизайнерских» детей, это невозможно сделать. За все признаки отвечает гигантское количество генов, признаки формируются не только на основе генетического материала, но и за счет окружающей среды.

Это то, что называется эпигенетикой?

Да, в том числе, и эпигенетика. Но это и образование, и обучение, и как с нами разговаривают, и как воспитывают. Все это порой оказывает больше влияние, чем генетические предрасположенности, которые мы получаем от родителей. Поэтому невозможно говорить об изменении генома, если это не касается каких-либо конкретных заболеваний.

Что дает вам право считать, что вы находитесь на верном пути?

Эффективность нашего процесса.