Некоторые до сих пор отмахиваются от идеи экзоматки и считают, что ребенка нужно вынашивать в животе, поскольку в беременности и родах есть некая магия. Что ж, мы не в первый раз сталкиваемся с подобной аргументацией. В XVI в. в науке существовало движение под названием «витализм», согласно которому жизнь – явление настолько уникальное, что его нельзя разложить на элементарные составляющие. Считалось, что живые организмы фундаментально отличаются от неодушевленных предметов, а потому ими управляют иные законы и они должны иметь нефизический элемент, своего рода душу, приобретаемую при зачатии. Согласно этим идеям, никакие органические вещества в принципе не могут возникнуть из неорганического источника.
Но оказалось, что эти убеждения неверны. В 1828 г. немецкий химик Фридрих Вёлер взял изоцианат серебра и хлорид аммония и синтезировал из них мочевину, ранее считавшуюся веществом животного происхождения. Так органическое вещество было получено из неорганических компонентов. С тех пор клонирование, работа с эмбриональными стволовыми клетками и ЭКО поразительно расширили наши представления об онтогенезе, и до сих пор не обнаружено никакой «жизненной силы», которая опосредовала бы этот процесс. Множатся только новые открытия, постоянно помогающие нам лучше понять эти процессы. Исследования Али Бриванлу и Эрика Сигги из Рокфеллерского университета продемонстрировали, что человеческие эмбрионы продолжают нормально развиваться в чашке Петри без какой-либо помощи на протяжении 14 дней. Системная биология показывает, что можно прогнозировать и моделировать даже сложные динамические состояния многих организмов. Как человеческая матка, так и синтетическая экзоматка – это системы, работа которых зависит от химических, биологических и физических факторов, а не от магии. В обеих этих средах может зарождаться и сохраняться жизнь.
Человеческая матка – шедевр естественной эволюции, которая привела нас к нынешнему этапу развития. Но, как и любые биологические механизмы, система для вынашивания детенышей поддается доработке благодаря целенаправленной инженерии. При помощи экзоматок можно снизить риски, связанные с беременностью (в том числе возрастающий риск инсульта и инфаркта), а также облегчить или устранить серьезный физиологический стресс. Например, у женщин, рожающих после 30 лет, возрастает риск онкологических заболеваний, в том числе рака молочной железы. В основном это объясняется колебаниями уровней эстрогена и прогестерона, которые стимулируют дифференциацию клеток, их рост и потенциально онкогенез. Фактически чем старше женщина, переживающая первую полноценную беременность, тем выше риск развития рака груди. Проще говоря, женщины, впервые рожающие после 30, рискуют заболеть раком больше, чем вообще не рожавшие женщины. Кроме того, после родов у женщин вообще повышается риск заболеть раком молочной железы, но примерно через 10 лет этот риск снижается, что, похоже, также связано с гормональными всплесками.
В то же время беременность в определенной мере защищает женщину от онкологии. Например, исследования Бернстейна и др. показали, что у женщин, впервые родивших до 20 лет, риск рака примерно вдвое ниже, чем у женщин, впервые забеременевших и родивших после 30. Кроме того, у многодетных матерей (в особенности родивших пятерых и более детей, причем первого – в молодом возрасте) риск рака молочной железы примерно вдвое ниже, чем у нерожавших женщин. В свою очередь, женщины, страдавшие от токсикоза или подолгу (не менее года) практиковавшие грудное вскармливание, также в меньшей степени рискуют заболеть раком груди.
Теперь мы значительно лучше понимаем биохимию беременности и путем разумного вмешательства можем помочь женщинам и детям оказаться в двойном выигрыше. Можно разработать комбинированные процедуры, которые позволят пользоваться гормональными и противораковыми плюсами беременности, а также исключить лишние онкологические риски. Теоретически, придерживаясь такой парадигмы, можно было бы сконструировать аппарат, который воспроизводит биохимический ответ женского организма на беременность, и подключить его к экзоматке, в которой развивается ребенок. Нося это устройство, женщина сразу почувствует, что ребенок в экзоматке пошевелился, – таким образом между ними установится тесная беспроводная связь. Подобное чудо техники может появиться, если удастся воссоздать весь процесс развития человеческого эмбриона in vivo и даже улучшить его. Тогда «дистанционная беременность» станет реальностью. В такой конфигурации потенциальная мать может испытать на себе все положительные стороны беременности, даже не заводя ребенка. Конечно, этот план зиждется на амбициозной технической составляющей и медицинском мониторинге, но уже имеющиеся данные, полученные на животных, в целом оптимистичны. Возможно, нас ждет будущее, где беременность и весь репродуктивный процесс будут улучшены как для матери, так и для ребенка.
Через несколько десятилетий значительно снизится количество болезней и уродств, которые сейчас считаются неизлечимыми либо требуют пожизненной медицинской поддержки. В конечном итоге мы научимся получать из любых клеток другие клетки человеческого организма (генетическими и эпигенетическими методами). Синтез ДНК настолько удешевится, что можно будет писáть (а не только редактировать) геномы, а выращивание плода в искусственной матке станет безопаснее естественной беременности как для матери, так и для ребенка. В совокупности эти технологические и биологические чудеса приведут человечество в новую эру здоровья, безопасности и долголетия.
В этом идеальном мире мы будем накапливать генетические «инструменты», подсмотренные у организмов, которые живут сейчас, жили когда-то и только будут жить. Таким образом удастся снизить риски и повысить качество жизни других организмов. Подобно тому как ребенок может дарить игрушки другим детям, которым симпатизирует, живые существа могут и должны делиться своими уникальными способностями и вариантами эволюционной адаптации в направленном и полезном процессе. Обучение и обмен в таком ключе только продолжатся, когда мы отправимся в долгосрочные космические экспедиции и спланируем, как оценивать успешность и риски биологической инженерии во время путешествий людей на другие планеты.
5Этап 3:долгосрочные клинические исследования по цитологии и генной инженерии человека(2041–2100)
Процесс, в результате которого вслед за амебой в конечном итоге появился человек, с точки зрения философов, является прогрессом, хотя неизвестно, согласилась бы амеба с этим мнением.
К 2040 г. редактирование геномов и эпигеномов станет обычным, безопасным, точным и доступным. Кроме того, мы сможем избирательно направлять дифференциацию конкретных типов клеток in vivo по мере необходимости для терапевтических и клинических целей. Благодаря такому расширению возможностей мы сможем создавать «защищенные геномы». Как только такая практика устоится, мы начнем применять ее для заблаговременной защиты астронавтов, в том числе разрабатывать стратегии защиты в зависимости от потребностей долговременных космических экспедиций. Эти технологии, скорее всего, будут востребованы и вплетены в ткань нашего общества. Кое-что из этого заметно уже в начале XXI в.
Генетические методы борьбы со слепотой
С тех пор как был открыт геном, ученые разных специальностей твердо решили сделать редактирование генов безопасной, обыденной и простой работой. В начале XXI в. Национальные институты здравоохранения США внесли значительный вклад в достижение этой цели. Финансовые и научные ресурсы этих институтов, объединенные в общий фонд, выделяются на те проекты, которые способствуют быстрому прогрессу всей отрасли, в том числе на «высокорискованные, высокоперспективные» гранты и программы для ученых и врачей. Один из ключевых проектов, финансируемых из общего фонда, – программа Somatic Cell Genome Editing, направленная на редактирование генома в соматических клетках. Программа была запущена в январе 2018 г., ее цель – повысить эффективность и специфичность генно-инженерных подходов, чтобы тем самым облегчить бремя распространенных и редких генетических заболеваний. Финансы программы используются для разработки клеточно- и тканево-специфичных средств доставки и, соответственно, для создания более точных инструментов редактирования генома.
Если требуется отредактировать или модифицировать всего один тип клеток (например, клетки сердечной мышцы), то специфичность имеет первостепенное значение. Геномный редактор, призванный починить сердце, может повредить нейроны мозга или нефроны в почках, если пользоваться им неправильно. Как говорилось в предыдущей главе, пока существуют принципиальные технические препятствия для применения технологий редактирования генома, в особенности это касается средств доставки. У большинства ферментов для редактирования нуклеотидных последовательностей, в частности у CRISPR, слишком большие молекулы. Они не помещаются в аденоассоциированные вирусные векторы, а значит, для адресной доставки этих инструментов в клетки требуются другие методы, пока не столь распространенные в клинической практике. Другая проблема – управление редактированием и обеспечение точности процесса. Если требуется обширное временное изменение экспрессии гена, которое потенциально можно компенсировать через эпигенетическое редактирование, то, возможно, все, что потребуется, это ненадолго включить механизмы редактирования генов. Но если терапия требует добавления определенного гена в заданную клетку и может недопустимым образом повлиять на функцию других клеток, то нужно либо затрагивать только интересующий нас тип клеток, либо как минимум допускать экспрессию гена только в клетках этого типа.
Отличным примером клеточно-специфичной генной инженерии in vivo является лечение заболеваний глаз. В декабре 2018 г. FDA одобрило первое CRISPR-лекарство, позволяющее бороться с одной из форм слепоты, амаврозом Лебера. На рынок были допущены препараты двух компаний, Editas Medicine и Allergan. Амавроз Лебера – это наиболее распространенная форма наследственной детской слепоты, встречается примерно в трех случаях на 100 000 рождений. Исторически это заболевание считалось неизлечимым. Те, кто страдает такой слепотой, обычно способны улавливать лишь чрезвычайно яркие вспышки света как мутные пятна и в большинстве случаев со временем теряют зрение полностью. Существуют различные подвиды амавроза Лебера, возникающие из-за различных мутаций в подмножестве генов, среди которых CEP290, CRB1, GUCY2D и RPE65. Для каждой из этих мутаций, по всей видимости, необходимо разраб