Возьмем рак – фактически это не одна болезнь, а много. Каждый рак своеобразен, и частота случаев меняется во времени, поэтому на поздней стадии рак нередко напоминает самостоятельную экосистему со множеством разных видов раковых клеток, каждая из которых содержит разные генетические мутации. Опять же это плод эволюции путем естественного отбора. Онкологические заболевания начинаются, когда клетки претерпевают новые генетические изменения, понуждающие их начать бесконтрольное деление и рост. Они стремительно развиваются, обладая селективным преимуществом: они могут монополизировать ресурсы тела, расти больше окружающих их немутированных клеток и игнорировать «стоп-сигналы» тела.
Ряд наиболее перспективных новых подходов к терапии рака зиждется на лучшем понимании жизни. Противораковая иммунотерапия, например, направлена на то, чтобы научить иммунную систему распознавать и атаковать раковые клетки. Это очень рациональный подход, поскольку иммунная система может предпринять высокоточное наступление на раковые клетки, игнорируя при этом соседние здоровые клетки. Возникают также новые методы лечения на базе работы, которую мои коллеги и я начали в отношении клеточного цикла ничем не примечательных дрожжей. Лекарства, которые связываются с человеческими вариантами белков, управляющих клеточным циклом CDK, сегодня используются для лечения многих женщин с раком молочной железы. Четыре десятка лет назад мне в голову не приходило, что изучение дрожжевых клеток сможет когда-нибудь напрямую привести к новым методам лечения онкологических заболеваний. Ввиду того что рак становится неизбежным следствием способности клетки к адаптации и эволюции, нам никогда не удастся полностью искоренить его. Но по мере расширения нашего понимания жизни мы сможем выявлять рак на все более ранних стадиях и эффективнее бороться с ним. Я уверен, что настанет время, когда он уже не будет вызывать такого страха, как сегодня.
Если мы хотим ускорить прогресс в борьбе с раком и другими неинфекционными заболеваниями, продвижение вперед будет обеспечено расшифровкой информации в наших генах. Когда мир ознакомился с первым вариантом последовательности ДНК генома человека в 2003 г., это сулило дорогу в завтрашний день профилактической медицины. Многие из вовлеченных в проект с нетерпением представляли себе мир, в котором генетические факторы риска любого человека будут точно рассчитываться в момент рождения, в том числе прогнозы того, как эти риски будут сочетаться с образом жизни и диетой. Но реализация этой цели связана с большими трудностями как в научном, так и этическом плане.
Частично это объясняется принципиальной многогранностью жизни. Мало какие из свойств человека проявляют себя так же однозначно, как ростки гороха в саду Менделя. Есть болезни, проистекающие сходным образом вследствие дефектных версий одиночных генов: скажем, болезнь Хантингтона, муковисцидоз и гемофилия. В совокупности эти болезни причиняют много боли и страданий, но они поражают относительно малое число людей. Самые распространенные болезни и патологии, включая сердечно-сосудистые заболевания, рак и болезнь Альцгеймера, напротив, имеют более многофакторные причины возникновения. Они обусловливаются комбинированным воздействием многих индивидуальных генов, которые взаимодействуют друг с другом и со средой нашего обитания сложным и трудно прогнозируемым образом. Мы начинаем распутывать головоломный клубок причин и следствий, в котором переплетаются наши привычки и пища, которую мы едим, но прогресс не быстр и достигается ценой огромных усилий.
Это та область, где понимание жизни как информации выходит на передний план. Исследователи сегодня занимаются накоплением исключительно больших массивов данных – часть из них содержит последовательности генов, сведения об образе жизни и медицинские записи, собранные у большого числа (вплоть до нескольких миллионов) людей. Однако осмыслить такие большие массивы данных нелегко. Взаимосвязи генов с окружающей средой настолько многогранны, что исследователи всячески пытаются расширить диапазон доступных ныне методов, включая такие новые подходы, как машинное обучение.
Все же полезные выводы делаются. Сегодня, к примеру, можно применять генетическое профилирование для выявления людей с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний или склонностью к ожирению. Результаты могут использоваться для выдачи рекомендаций касательно образа жизни и медикаментозного лечения с учетом индивидуальных особенностей. Здесь прогресс налицо, но по мере повышения точности предсказаний на основе информации о наших геномах нам нужно как следует подумать над тем, как использовать эти знания наилучшим образом.
Точные генетические прогностические показатели плохого состояния здоровья ставят трудные задачи перед системами здравоохранения, финансируемыми страхованием личного здоровья. Если не будет строгого контроля использования генетической информации, отдельные лица могут столкнуться с отказом в страховании и предоставлении медицинской помощи либо требованием неподъемно высоких страховых взносов не по своей вине. Эти проблемы не присущи медицинским организациям, оказывающим бесплатную помощь по месту поступления больного, поскольку им легче будет использовать результаты выявления генетического предрасположения к болезням для прогнозирования, диагностики и лечения. Так-то оно так, но мириться с таким знанием не всегда легко. Допустим, что генетическая наука дойдет до точки, когда сможет более-менее точно предсказать, когда и от чего, скорее всего, вы умрете. Захотите ли вы это узнать?
Есть еще проблема расшифровки генетических факторов, влияющих на стороны жизни, не связанные с медициной, таких как умственная одаренность и уровень образования. Узнавая больше о генетических различиях между отдельными лицами, полами и группами населения, мы должны быть уверенными, что эти результаты не послужат дискриминации.
Параллельно с возможностью читать геномы развивается возможность их редактирования и переписывания. Фермент под названием CRISPR-Cas2 – мощное средство, действующее как молекулярные ножницы. Ученые могут им пользоваться для выполнения очень точных разрезов ДНК, чтобы добавлять, удалять или изменять генные последовательности. Это именуют редактированием гена или редактированием генома. Биологи могут проделывать это в простых организмах типа дрожжей начиная примерно с 1980 г., что явилось одной из причин моего интереса к делящимся дрожжам, но CRISPR-Cas2 в огромной степени повысил скорость, точность и эффективность редактирования ДНК последовательностей. Он также сильно упрощает редактирование геномов многих других видов, включая человека.
Со временем мы сможем рассчитывать на новые методы лечения на базе генно-отредактированных клеток. Исследователи уже сейчас создают клетки, стойкие к определенным инфекциям, таким как ВИЧ, или пользуются ими в борьбе, например, с раком. Но пока что чистой авантюрой явились бы попытки отредактировать ДНК на ранних сроках жизни человеческого эмбриона, что могло бы повлечь за собой генетические изменения во всех клетках новорожденного и всего его будущего потомства. В настоящее время существует риск, что методы лечения на основе редактирования гена могут случайно внести изменения в другие участки генома. Но даже если редактируется целевой ген, такие генетические изменения могут также вызвать трудно предсказуемые и потенциально опасные побочные эффекты. Мы попросту еще недостаточно понимаем наш геном, чтобы знать это наверняка. Возможно, наступит время, когда эта процедура будет считаться достаточно безопасной, чтобы избавить семьи от некоторых генетических заболеваний вроде болезни Хантингтона или муковисцидоза. Но ее применение для, так сказать, косметических целей, таких как создание детей с высоким интеллектом, красивой внешностью или выдающимися спортивными способностями, дело совершенно иное. Эта сфера сопряжена с одной из самых щекотливых сегодня тем с точки зрения морали, касающихся использования биологии в отношении человеческой жизни. Но, хотя разговоры о применении генного редактирования для получения детей по спецзаказу кажутся сегодня пустопорожними, многим будущим родителям в грядущие годы и десятилетия придется задуматься над рядом острых вопросов, по мере того как ученые будут разрабатывать более эффективные методы предсказания генетических последствий, генного модифицирования и манипулирования человеческими эмбрионами и генами. Все эти вопросы должны будут решаться всем обществом, и их следует обсудить сейчас.
При этом успехи и достижения клеточной биологии предоставляют возможности лечения дегенеративных болезней. Возьмем для примера стволовые клетки: это клетки, которые тело сохраняет в незрелом состоянии, они несколько похожи на клетки, имеющиеся на ранней стадии эмбрионального развития. Главным свойством стволовых клеток становится способность к повторному делению, производству новых клеток, которые впоследствии могут приобретать более специализированные свойства. Растущий плод или младенец содержат большое число стволовых клеток, поскольку им постоянно требуются все новые и новые клетки. Но стволовые клетки сохраняются и во многих других частях тела уже после того, как человек перестает расти. Ежедневно многие миллионы клеток вашего тела умирают или утрачиваются. По этой причине ваша кожа, мышцы, оболочка кишечника, края роговой оболочки глаза и многие другие ткани вашего тела содержат популяции стволовых клеток.
В последние годы ученые научились выделять и выращивать стволовые клетки и побуждать их к развитию в определенные виды клеток, например клетки нервов, печени или мышц. Теперь также возможно брать полностью созревшие клетки из кожи пациента и таким образом обрабатывать их, чтобы они запустили в обратную сторону механизм развития, возвращаясь в состояние стволовой клетки. Открывается захватывающая перспектива того, что в один прекрасный день можно будет взять мазок с внутренней стороны щеки и использовать клетки для получения почти любой иной клетки вашего тела. Если ученые и врачи смогут полностью овладеть этими методами и подтвердить их безопасность, то в потенциале возможно будет революционизировать лечение дегенеративных болезней и повреждений, а также трансплантационную хирургию. Можно будет даже задать обратный ход ныне неизлечимым состояниям нервной и мышечной системы, таким как болезнь Паркинсона и мышечная дистрофия.