Интервью с Федором урновым: «Знающие - знают, а незнающие - не имеют значение»

ИНТЕРВЬЮ

ИНТЕРВЬЮ С ФЕДОРОМ УРНОВЫМ:

«ЗНАЮЩИЕ - ЗНАЮТ, А НЕЗНАЮЩИЕ - НЕ ИМЕЮТ ЗНАЧЕНИЕ»

Беседовала М.О. Попова

Interview with Fedor Urnov:

«Those who know - know, and those who don't - don't matter»

By M.O. Popova

Урнов Федор Дмитриевич — профессор генетики, геномики и эмбриологии факультета молекулярной и клеточной биологии университета штата Калифорния, Беркли; вице-президент компании Sangamo Biosciences, (Ричмонд, Калифорния, США). В 2014 г. по версии Thomson Reuters вошел в список самых влиятельных ученых мира — «The World's Most influential Scientific Minds».

— Федор, в первую очередь позвольте поблагодарить Вас за то, что нашли время ответить на наши вопросы. Скажите пожалуйста, кому и когда пришла в голову идея редактирования генома, и как родился этот термин «genome editing»? Как Вы попали в эту область медико-биологических наук?

— Общая идея принадлежит двум учёным — Maria Jasin и Dana Carroll (не могу не отметить, что исследования в лаборатории Кэрролла вела моя соученица по биологическому факультету МГУ — Марина Бибикова). Нашей задачей было понять, как изменять последовательность генов человека с высокой эффективностью и точностью, в том числе в первичных клетках. Мы это и разработали в 2003—2005 гг. в биотехнологической фирме Sangamo вместе с моим коллегой Майклом Холмсом (Michael Holmes). Мы же и придумали термин «genome editing» (редактирование генома). Дело в том, что у меня и дед, и отец были профессиональными редакторами литературных текстов (отец на закате СССР работал главным редактором «Вопросов литературы»), так что фраза эта пришла в голову совершенно естественным образом. Статья наша вышла в Nature в 2005 г., процитирована на данный момент более 1100 раз.

Я попал на работу в Sangamo полу-случайно. На биофаке МГУ я учился с полным намерением заниматься фундаментальными исследованиями, хотел заниматься транскрипцией у эукариот. Поступил в США в аспирантуру в Браун, где именно этим и занялся (с упором на хроматин). Защитил кандидатскую и затем работал в лаборатории в NiH у Алана Вольфа (Alan Wolffe), который тогда был ведущим в мире специалистом по хроматину. Для молодого учёного-экспериментатора это была не лаборатория, а рай земной — настоящий НИИЧАВО из «Понедельник начинается в субботу». Все мы работали без выходных по 20 часов в сутки и были просто счастливы. Я занимался я ролью хроматина в транскрипции генов эукариот. Затем Алан предложил мне перейти в загадочную для меня тогда фирму Sangamo для того, чтобы попытаться лечить генетические болезни на уровне ДНК. Я согласился не потому, что у меня был опыт работы с генной терапией, его не было, а потому, что «лекарство» представляло собой ДНК-связывающий белок, а вот ими я занимался уже 10 лет. Алан погиб в аварии в 2001 г. и не дожил до разработки «гено-редактирования» — метода, который вели Ваш покорный слуга и Майкл Холмс, которого Алан тоже нанял на работу в Sangamo.

— Вы работаете в Sangamo с нуклеазами цинковых пальцев (ZFN), которые были открыты и охарактеризованы еще в 1996 и были Вами использованы для редактирования генома человека в 2005 году. Что заставило мировое научное и медицинское сообщество обратить внимание и проявить невероятный интерес к редактированию генома только сейчас — через 10 лет?

— Тут получилось вот что. Мы разработали ге-норедактирование с использованием ZFN. К концу 2010 г. создали весь необходимый молекулярный «инструментарий» редактирования (F.D. Urnov et al., Nature Reviews Genetics 2010), и к 2011 г. журнал Nature Methods вручил геноредактированию премию «метод года». Редактирование генома при помощи ZFN требует создания двух ДНК-связывающих доменов, для этого есть надежная и отработанная технология. Но для лабораторий, не занимающихся именно ДНК-связывающими белками, строить такие белки — работа нелегкая. Именно поэтому большинство статей по редактированию генома были выполнены в сотрудничестве с Sangamo (был ряд статей с академическими лабораториями, но опять же, редактирование требовало создания новых белков). Чтобы ускорить редактирование, мы изобрели технологию TALEN (J.C. Miller et al., Nature Biotechnology 2011), которая упростила дело. Открытие (в 2012 г.) того факта, что нуклеазу Cas9 при помощи правил Уотсо-на-Крика можно перенаправить на любой новый ло-кус, упростила первый этап редактирования до уровня выполнимости старшеклассниками средней школы. А всё остальное в редактировании к этому времени уже было разработано.

— Сегодня в нашем распоряжении три системы редактирования генома: нуклеазы цинковых пальцев (ZFN), эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции (TALEN), и CRISPR/Cas9. Можно ли их назвать конкурирующими в плане внедрения? Что нас ждет в будущем с этими технологиями, будет ли у каждой своя ниша или какая-то из систем выйдет вперед и «оставит в прошлом» остальные?

— Сомнений быть не может — и настоящее, и будущее за технологией CRiSPR/Cas9; чем проще, тем лучше, особенно для выполнения фундаментальных исследований. В прикладном же секторе, т.е. в ге-номодификации растений, животных, промышленном производстве белков и др. не всё так просто. Тут играют роль и ненаучные факторы. Например, принадлежность интеллектуальной собственности, которая в случае ZFN понятна и ясна, в случае TALEN не совсем ясна, а в случае Cas9 не ясна совершенно. Применяться будут, наверное, все три технологии.

Что касается применения редактирования генома в медицине, вот тут с уверенностью прогнозы могут делать только люди, не имеющие отношения к этой области, или руководимые ненаучными соображениями. На самом деле загадывать в этой области на будущее дело рискованное. Могу сказать вот что. В клинике на данный момент применяются исключительно ZFN; через клинические исследования первой и второй фаз прошли более 80 человек. Кроме того, «Организацией по контролю лекарственных препаратов и продуктов питания» (Food and Drug Administration, FDA) рассмотрены три заявки на на-

чало клинических исследований по коррекции в ге-мопоэтических стволовых клетках (ГСК) — все с применением ZFN. Протоколы одобрены и по ним работа начнется уже в этом году. Говорить о клиническом будущем других технологий (TALEN, Cas9, megaTAL, meganuclease, Cpf1 и др.) на данный момент объективно невозможно. Слишком много вопросов, ответы на которые можно получить только в условиях клинического исследования. Вот когда будут клинические данные с любой из этих технологий или хотя бы рассмотренные и одобренные заявки (investigational new drug application) — тогда и посмотрим.

— Компания Sangamo и Вы лично вовлечены в проекты, которые направлены на разработку методов лечения ВИЧ-инфекции, гемоглобино-патий, наследственных заболеваний, в частности гемофилии. Каким образом осуществляется выбор мишени для редактирования?

— Мы ориентировались на три критерия. Первый — нужно ли это с медицинской точки зрения? Технология экспериментальная, применять ее нужно в тех случаях, когда есть серьёзная, объективная необходимость. Второй — уверенность, что геномодифика-ция выбранного нами локуса приведет к желаемому эффекту. То есть насколько точно научно установлена связь между геном-мишенью, аллелем, который мы можем создать методом геноредактирования и биологией заболевания. Третий — насколько разработаны клинические методы доставки геноредактора. Например, в ГСК и печень мы доставить нуклеазы можем, а вот во всю кору головного мозга пока нет.

— Редактирование генома вовлечено в новые методы клеточной терапии в онкологии (CAR-лимфоциты). У Вас есть прогноз на прямое применение технологии в онкологии? В частности, редактирование гена, который вызывает развитии злокачественной опухоли? Например, хронический миелолейкоз — филадельфийская хромосома (транслокация (9;22), bcr/abl). Могут ли в таких случаях помочь редакторы генома?

— Прогноз тут самый что ни на есть благоприятный. Мы показали, что Т-клетки можно редактировать в контексте иммунотерапии рака (данные клинических исследований находятся в фазе анализа) при помощи ZFN. Одного пациента в Англии вылечили Т-клетками, отредактированными при помощи TALEN. У редактирования генома — многообещающее будущее именно и в первую очередь в контексте иммунотерапии. Что касается устранения мутации, ведущей к раку, то на на молекулярном уровне это легко и просто. А вот как доставить пациенту в каждую раковую клетку геноредактор — это задача на будущее.

— Ваши разработки в области лечения ВИЧ прошли I—II фазу клинических исследований. Как считаете, найдено ли лекарство от ВИЧ?

— Направление найдено. Геноредактирование CCR5 при помощи ZFN в Т-клетках дает пациентам возможность перестать принимать препараты анти-ретровирусной терапии. Мы это показали однозначно в ходе клинических исследований. Однако тут возникает два вопроса. Первый — как увеличить

процент пациентов, у которых терапия максимально эффективна? На данный момент антивирусный эффект достигается примерно у 70% больных. Хотелось бы достичь у всех. Второй — а можем ли мы защитить не только Т-клетки, но и весь гемопоэз? Мы начали испытания геноредактирования CCR5 в ГСК — результаты будут в конце года.

— Компания Sangamo определенно является лидером в области редактирования генома и, что очень важно, пионером в продвижении редактирования генома в клинические исследования. Каковы ключевые проблемы, с которыми прошлось столкнуться, и какие знания необходимы для преодоления этих проблем?

— Вы абсолютно правы, компания Sangamo является первопроходцем, проложившим путь для других компаний, ведущих исследования в данной области. Наиболее важным аспектом в данном вопросе является продуктивный диалог с контролирующими организациями. Определенное подразделение FDA занимается исключительно тем, что сотрудничает с такими компаниями как наша. Данное подразделение называется «Центр для биологической аттестации и исследований» (The Center for Biologies Evaluation and Research), они абсолютно четко отдают себе отчет, что клеточная и генная терапия является экспериментальной. FDA обладает крайне прогрессивной манерой дискуссий, они очень конструктивны как в анализе безопасности, так и при разборе клинических проблем, в рамках предполагаемого клинического исследования.

— Технологии редактирования генома, прошедшие в фазу клинических исследований, на сегодняшний день реализуются ex vivo, для этого необходимо извлечь из человека клетки, провести редактирование и вернуть обратно. Каковы основные отличия и проблемы реализации редактирования генома для лечения болезней человека in vivo?

— Дополнительные требования к доставке (мы на данный момент применяем вирусы, активно разрабатываем и другие технологии доставки), а также к проверке специфичности нуклеаз. Отмечу, что FDA рассмотрены и одобрены две заявки на редактирование in vivo при помощи ZFN. Так что и опыт есть, и прецедент есть.

— Как Вы видите этические рамки применения редактирования генома?

— В клинической сфере они такие же, как и при любой генотерапии. Обоснован ли риск? Понимает ли пациент этот риск? Есть ли однозначные данные, что есть шанс на успех?

— Самый, наверное, часто задаваемый вопрос, какое Вы видите будущее для технологии редактирования генома на ближайшие 10 лет?

— Мне видятся два направления. В клинике, я уверен, что геноредактирование будет широкопрофильно введено в рамках иммунотерапии рака, а также моногенных заболеваний системы крови. В производстве будет создано новое поколение растений и животных не традиционно геномодифицированных, а аккуратно отредактированных.

— Будет ли Нобелевская премия за открытие редактирование генома? Или отдельные открытия в этой области?

— Мне один нобелевский лауреат, ученый такой маститости, что кружится голова, однажды сказал: «знающие — знают, а незнающие — не имеют значения» («Those who know — know, and those who don't — don't matter»). Родители геноредактирования в академической науке — Maria Jasin, Dana Carroll, Carl Pabo, Aaron Klug, Jennifer Doudna, они получили нечто намного более значимое и ценное, чем любая премия. Они получили признание коллег-ученых. Кроме того, их открытие повсеместно принято в использование. Тут никакой премии не надо.

Нобелевскую премию конечно же вручат, но никакого реального значения это уже иметь не будет.

— И.., Федор, вопрос лично от меня, как попасть в список самых влиятельных ученых?

— Могу только сказать по своему опыту. Главное — это выдающиеся педагоги (а мне повезло в этот отношении необычайно и в школе в Москве, и на биофаке МГУ, и в Брауне), а также талантливые коллеги (тут мне в Sangamo опять же повезло необычайно). Всё остальное получилось само собой.