Введение

Технологии генетического улучшения человеческого организма

Генетическое улучшение человека или генная инженерия человека подразумевает улучшение характеристик человека посредством генетической модификации. Это может быть сделано для лечения заболеваний (генная терапия), предотвращения риска развития определенных заболеваний (аналогично вакцинам), повышения спортивных результатов (генный допинг) или изменения внешности, метаболизма, а также улучшения физических способностей и когнитивных функций, таких как память и интеллект. Эти генетические улучшения могут быть выполнены как с возможностью, так и без возможности наследования изменений (что вызывает опасения в научном сообществе).

Этика

Генетика – это изучение генов и наследственных признаков, и, хотя продолжающиеся достижения в этой области привели к прогрессу в здравоохранении на многих уровнях, этические соображения становятся все более важными, особенно в связи с развитием генетической инженерии. Генетическая инженерия всегда была предметом моральных дебатов среди биоэтиков. Несмотря на то, что технологические достижения в этой области открывают захватывающие перспективы для биомедицинского улучшения, это также требует этических, социальных и практических оценок для понимания ее влияния на биологию человека, эволюцию и окружающую среду. Генетическое тестирование, генная инженерия и исследования стволовых клеток часто обсуждаются вместе из-за взаимосвязанных моральных аргументов, касающихся этих тем. Разграничение между восстановлением генов и улучшением генов является центральной идеей во многих моральных дебатах, связанных с генетическим улучшением, поскольку некоторые утверждают, что восстановление генов морально допустимо, а генетическое улучшение – нет из-за его потенциала привести к социальной несправедливости посредством дискриминационных евгенических инициатив. Моральные вопросы, связанные с генетическим тестированием, часто касаются обязанности предупреждать членов семьи в случае обнаружения наследственного заболевания, того, как врачи должны соблюдать автономию пациента и конфиденциальность в отношении генетического тестирования, этики генетической дискриминации и моральной допустимости использования генетического тестирования для предотвращения рождения людей с тяжелыми нарушениями, например, посредством селективного аборта. Ответственность специалистов в области общественного здравоохранения заключается в выявлении потенциальных рисков и рекомендации по тестированию на инфекционные заболевания, подлежащие обязательному сообщению. Специалисты в области общественного здравоохранения могут столкнуться с проблемами конфиденциальности, если расширение обязательного скрининга приведет к отнесению генетических аномалий к перечню заболеваний, подлежащих сообщению. Генетические данные являются личными и тесно связаны с идентичностью человека. Проблемы конфиденциальности касаются не только трудоустройства, медицинского обслуживания и страхового покрытия, но и результатов генетического тестирования всей семьи. Затронутые лица могут иметь родителей, детей, братьев, сестер и даже дальних родственников, если заболевание является генетически доминантным или передается ими. Более того, решения человека могут изменить всю его жизнь в зависимости от результатов генетического теста. Результаты генетического тестирования могут потребоваться во всех аспектах жизни человека. Неинвазивное пренатальное тестирование (НИПТ) способно точно определить пол плода на ранней стадии беременности, что вызывает опасения по поводу потенциального содействия селективному прерыванию беременности (СП) из-за его простоты, сроков и точности. Хотя ультразвуковая технология также способна на это, НИПТ изучается в последнее время, поскольку оно способно точно определить пол плода на ранней стадии беременности, с повышением точности уже с 7-й недели беременности. Этот срок предшествует обычному времени для других методов определения пола, таких как ультразвуковое исследование или биопсия хориона (CVS). Высокая ранняя точность НИПТ снижает неопределенность, связанную с другими методами, что приводит к более обоснованным решениям и устраняет риск неточных результатов, которые могут повлиять на принятие решений относительно СП по полу. Кроме того, НИПТ позволяет проводить СП по полу в первом триместре, что более практично, и позволяет беременным женщинам отложить установление материнской связи с плодом. Эти соображения могут значительно облегчить проведение СП по половому признаку при использовании НИПТ. Поэтому крайне важно изучить эти этические проблемы в контексте внедрения НИПТ. Этические вопросы, связанные с генной терапией и генетическим улучшением человека, касаются медицинских рисков и преимуществ терапии, обязанности использовать процедуры для предотвращения страданий, репродуктивной свободы в генетическом выборе и морали практики позитивной генетики, которая включает попытки улучшить нормальные функции. Все исследования с участием людей в медицинских учреждениях должны быть зарегистрированы в общедоступной базе данных до набора первых участников. В информированное согласие должны быть включены адекватные сведения о возможных конфликтах интересов, ожидаемых преимуществах исследования, его потенциальных рисках и других вопросах, связанных с возможным дискомфортом. Технологические достижения играют важную роль в новых формах улучшения человека. В то время как фенотипические и соматические вмешательства для улучшения человека создают заметные этические и социологические дилеммы, вмешательства в зародышевую линию, передаваемые по наследству, требуют еще более всесторонних обсуждений на индивидуальном и общественном уровнях. Моральные суждения основаны на эмпирических данных и предполагают оценку перспективных соотношений риска и пользы, особенно в области биомедицины. Технология редактирования генома CRISPR поднимает этические вопросы по нескольким причинам. В частности, существуют опасения относительно возможностей и технологических ограничений технологии CRISPR. Кроме того, долгосрочные последствия измененных организмов и возможность передачи отредактированных генов последующим поколениям с непредвиденными последствиями являются двумя дополнительными проблемами, вызывающими беспокойство. Принятие моральных решений становится более сложным, когда неопределенность в этих обстоятельствах препятствует адекватной оценке соотношения риска и пользы. Потенциальные преимущества революционных инструментов, таких как CRISPR, безграничны. Например, поскольку его можно применять непосредственно в эмбрионе, CRISPR/Cas9 сокращает время, необходимое для модификации целевых генов, по сравнению с технологиями генного таргетинга, которые полагаются на использование эмбриональных стволовых (ES) клеток. Биоинформатические инструменты, разработанные для выявления оптимальных последовательностей для проектирования направляющих РНК и оптимизации экспериментальных условий, обеспечивают очень надежные процедуры, гарантирующие успешное введение желаемой мутации. Вероятны значительные преимущества от использования безопасных и эффективных HGGM, что делает предосторожный подход к HGGM неэтичным. В дальнейшем многие люди поддерживают создание организации, которая будет давать рекомендации о том, как лучше всего контролировать вышеупомянутые этические сложности. Недавно группа ученых основала Ассоциацию ответственных исследований и инноваций в редактировании генома (ARRIGE) для изучения и предоставления рекомендаций по этичному использованию редактирования генома. Кроме того, Янасофф и Хурлбат недавно высказались за создание и международное развитие междисциплинарной «глобальной обсерватории по регуляции генов». Исследователи предложили, чтобы дебаты о редактировании генов не контролировались научным сообществом. Предполагается, что сеть будет сосредоточена на сборе информации из разрозненных источников, привлечении внимания к часто упускаемым из виду точкам зрения и содействии обмену между дисциплинами и культурами. Подчеркивается, что вмешательства, направленные на улучшение человеческих признаков с генетической точки зрения, зависят от понимания генетической инженерии, и понимание результатов этих вмешательств требует понимания взаимодействия между людьми и другими живыми существами. Поэтому регулирование генетической инженерии подчеркивает важность изучения знаний о взаимосвязи между людьми и окружающей средой. При рассмотрении генетического улучшения к генетическим технологиям следует подходить с широкой точки зрения, используя определение, которое охватывает не только прямое генетическое манипулирование, но и косвенные технологии, такие как биосинтетические препараты. Подчеркивается, что следует обращать внимание на ожидания, которые могут формировать маркетинг и доступность этих технологий, предвидя привлекательность новых методов лечения. Отмечается, что эти ожидания потенциально могут сигнализировать о поощрении надлежащей государственной политики и эффективного профессионального регулирования. Клинические исследования стволовых клеток должны проводиться в соответствии с этическими принципами.

Профилактика заболеваний

С открытием различных типов иммуноопосредованных заболеваний возникает потребность в диверсификации профилактики и лечения. Разработки в области генной терапии изучаются для включения в этот спектр лечения, но, конечно, необходимы дополнительные исследования для повышения эффективности и минимизации негативных эффектов применения генной терапии. Система CRISPR/Cas9 также разработана как технология редактирования генов для лечения ВИЧ-1/СПИДа. CRISPR/Cas9 является новейшей техникой редактирования генов, позволяющей вставлять, удалять и модифицировать последовательности ДНК, и предоставляет преимущества в нарушении латентности вируса ВИЧ-1. Однако производство некоторых векторов для ВИЧ-инфицированных клеток все еще ограничено, и требуются дальнейшие исследования.

Носительство ВИЧ также играет важную роль в заболеваемости раком шейки матки. Хотя существует множество личных и биологических факторов, способствующих развитию рака шейки матки, носительство ВИЧ коррелирует с его возникновением. Однако долгосрочные исследования эффективности профилактического лечения все еще продолжаются. Раннее образование, доступное во всем мире, будет играть важную роль в профилактике. При последовательном соблюдении медикаментозной терапии и методов лечения, поддержании безопасных сексуальных практик и внесении изменений в здоровый образ жизни риск передачи ВИЧ снижается у большинства людей, живущих с ВИЧ. Последовательно реализуемые стратегии проактивной профилактики могут значительно снизить заболеваемость ВИЧ-инфекцией. Образование в области безопасного секса и снижения рисков для всех, независимо от статуса ВИЧ, имеет решающее значение для профилактики заболевания. Однако контроль над эпидемией ВИЧ и устранение стигмы, связанной с болезнью, могут быть невозможны только посредством общенациональной кампании по повышению осведомленности о СПИДе. Наблюдается, что осведомленность о ВИЧ, особенно среди людей в регионах с низким социально-экономическим статусом, значительно ниже, чем в общей популяции. Хотя не существует однозначного решения для предотвращения передачи ВИЧ и распространения заболевания половым путем, комбинация профилактических мер может помочь контролировать распространение ВИЧ. Повышение знаний и осведомленности играет важную роль в предотвращении распространения ВИЧ, способствуя улучшению поведенческих решений, связанных с высоким риском. Генетика играет ключевую роль в профилактике заболеваний, предоставляя информацию о предрасположенности человека к определенным состояниям и открывая путь к персонализированным стратегиям снижения риска заболевания. Развивающаяся область генетического тестирования и анализа предоставила ценные инструменты для выявления генетических маркеров, связанных с различными заболеваниями, что позволяет принимать проактивные меры по профилактике заболеваний. Профилактика заболеваний с помощью генетического тестирования упрощается, поскольку генетическое тестирование может выявить генетическую предрасположенность человека к определенным заболеваниям, что позволяет проводить раннее выявление и вмешательство, что может быть очень важно при таких заболеваниях, как наследственные раки, такие как рак молочной железы и рак яичников. Наличие генетической информации может способствовать разработке подходов прецизионной медицины и таргетной терапии для профилактики заболеваний в целом. Выявляя генетические факторы, способствующие восприимчивости к заболеваниям, такие как специфические мутации генов, связанные с аутоиммунными расстройствами, исследователи могут разрабатывать таргетную терапию для модуляции иммунного ответа и предотвращения возникновения или прогрессирования этих состояний. Существует множество типов нейродегенеративных заболеваний. Болезнь Альцгеймера является одним из наиболее распространенных из этих заболеваний и поражает миллионы людей во всем мире. Методы CRISPR/Cas9 могут быть использованы для профилактики болезни Альцгеймера. Например, они обладают потенциалом для коррекции аутосомно-доминантных мутаций, проблемных нейронов, восстановления связанных с ними электрофизиологических дефицитов и снижения уровня пептидов Aβ. Амиотрофический латеральный склероз (АЛС) — еще одно крайне опасное нейродегенеративное заболевание. Технология CRISPR/Cas9 проста и эффективна для изменения специфических точечных мутаций при АЛС. Кроме того, с помощью этой технологии Чен и его коллеги обнаружили некоторые важные изменения в основных показателях АЛС, такие как снижение количества РНК-фокусов, полипептидов и гаплонедостаточности. Эти генетические дефекты и заболевания могут значительно повлиять на способность организма формировать эффективный иммунный ответ, делая людей уязвимыми к широкому спектру патогенов. Однако достижения в исследованиях и разработках в области генной терапии показали многообещающий потенциал в решении этих генетических дефицитов, хотя и не без связанных с этим проблем.

Технология CRISPR является перспективным инструментом не только для коррекции генетических заболеваний, но и для профилактики вирусных и бактериальных инфекций. Используя CRISPR/Cas-терапию, исследователи нацеливались на вирусные инфекции, такие как HSV-1, EBV, ВИЧ-1, HBV, HPV и HCV, с продолжающимися клиническими испытаниями стратегии элиминации ВИЧ под названием EBT-101. Кроме того, CRISPR продемонстрировал эффективность в предотвращении вирусных инфекций, таких как ИАВ и SARS-CoV-2, путем нацеливания на вирусные РНК-геномы с помощью Cas13d, и он был использован для повышения чувствительности S. aureus, устойчивого к антибиотикам, к лечению с помощью Cas9, доставляемого через бактериофаги. Достижения в области редактирования генов и генной терапии обещают профилактику заболеваний путем устранения генетических факторов, связанных с определенными состояниями. Методы, такие как CRISPR/Cas9, предлагают потенциал для коррекции генетических мутаций, связанных с наследственными заболеваниями, тем самым предотвращая их проявление в будущих поколениях и снижая бремя заболеваний. В ноябре 2018 года были созданы Лулу и Нана. Используя технологию редактирования генов CRISPR/Cas9 с кластерами регулярно расположенных коротких палиндромных повторов, они отключили ген под названием CCR5 в эмбрионах, стремясь закрыть белковый вход, через который ВИЧ проникает в клетку и сделать субъектов невосприимчивыми к вирусу ВИЧ. Несмотря на существующие доказательства технологии CRISPR, достижения в этой области продолжают снижать ограничения. Исследователи разработали новый, щадящий метод редактирования генов для эмбрионов с использованием наночастиц и пептидных нуклеиновых кислот (PNA). Доставляя инструменты редактирования без жестких инъекций, метод успешно исправил гены у мышей, не нанося вреда развитию. Хотя этические и технические вопросы остаются, это исследование прокладывает путь для потенциального будущего использования в улучшении сельскохозяйственных животных и исследовательских животных, и, возможно, даже в человеческих эмбрионах для профилактики или лечения заболеваний. Информирование потенциальных родителей об их восприимчивости к генетическим заболеваниям имеет решающее значение. Преимплантационная генетическая диагностика также имеет значение для профилактики наследственных заболеваний, поскольку амплификация и анализ всего генома помогают выбрать здоровый эмбрион для имплантации, предотвращая передачу смертельного метаболического расстройства в семье. Генетическое улучшение человека становится потенциальным рубежом в профилактике заболеваний путем точного нацеливания на генетическую предрасположенность к различным заболеваниям. С помощью таких методов, как CRISPR, специфические гены, связанные с заболеваниями, могут быть отредактированы или модифицированы, предлагая возможность снизить наследственный риск таких состояний, как рак, сердечно-сосудистые заболевания или нейродегенеративные заболевания. Этот подход не только может прервать цикл определенных генетических расстройств, но и повлиять на траекторию здоровья будущих поколений. Кроме того, генетическое улучшение может расширить свое влияние, сосредоточившись на укреплении иммунной системы и оптимизации общих параметров здоровья. Улучшая иммунный ответ и настраивая генетические факторы, связанные с общим благополучием, можно свести к минимуму восприимчивость к инфекционным заболеваниям. Этот проактивный подход к здоровью может способствовать созданию популяции, менее склонной к болезням и более устойчивой к воздействию факторов окружающей среды. Однако этические аспекты генетических манипуляций нельзя переоценить. Поддержание деликатного баланса между научным прогрессом и этическими соображениями является…

Генная терапия

Модификация генов человека с целью лечения генетических заболеваний называется генной терапией. Генная терапия – это медицинская процедура, включающая введение генетического материала в клетки пациента для восстановления или исправления дефектного гена с целью лечения наследственных заболеваний. В период с 1989 по декабрь 2018 года было проведено более 2900 клинических испытаний генной терапии, при этом более половины из них находились на I фазе. С тех пор многие лекарственные препараты, основанные на генной терапии, стали доступны, такие как Зольгенсма и Патисиран. Большинство этих подходов используют вирусные векторы, такие как аденоассоциированные вирусы (ААВ), аденовирусы (АВ) и лентивирусы (ЛВ), для введения или замены трансгенов in vivo или ex vivo. В 2023 году были созданы наночастицы, действующие аналогично вирусным векторам. Эти наночастицы, называемые биоортогонально сконструированными вирусоподобными рекомбинантными биосомами, демонстрируют высокую и быструю способность связываться с рецепторами ЛПНП на поверхности клеток, что позволяет им эффективно проникать в клетки и доставлять гены в конкретные целевые области, такие как опухолевые и артритные ткани. Препараты на основе интерференции РНК, такие как зилебезиран, содержат siRNA, который связывается с мРНК клеток-мишеней, модифицируя экспрессию генов.

CRISPR/Cas9

Многие заболевания сложны и не могут быть эффективно лечены с помощью простых стратегий нацеливания на последовательность кодирования. CRISPR/Cas9 – одна из технологий, нацеленная на двунитевые разрывы в геноме человека, модифицирующая гены и предоставляющая быстрый способ лечения генетических расстройств. Генная терапия, использующая метод редактирования генома CRISPR/Cas, известна как генная терапия на основе CRISPR/Cas. Клетки млекопитающих могут быть генетически модифицированы с использованием простого, доступного и чрезвычайно специфичного метода CRISPR/Cas. Он может помочь в осуществлении однонуклеотидных замен, репарации с помощью гомологичной рекомбинации и негомологичного соединения концов. Основным применением является направленное выключение генов, включающее нарушение последовательностей кодирования для подавления вредных белков. С момента разработки метода редактирования генов CRISPR Cas9 в период с 2010 по 2012 год ученые получили возможность изменять гены, внося специфические разрывы в их ДНК. Эта технология имеет множество применений, включая редактирование генома и молекулярную диагностику. Технология CRISPR/Cas произвела революцию в генетической инженерии, предоставив гибкую платформу для создания моделей заболеваний на крупных животных. Этот прорыв открыл новые возможности для оценки потенциальных терапевтических стратегий и понимания генетических основ различных заболеваний. Однако для полной реализации потенциала генной терапии на основе CRISPR/Cas необходимо преодолеть ряд препятствий. Одной из основных задач является повышение точности и эффективности редактирования систем CRISPR/Cas. Хотя эта технология позволяет проводить точное редактирование генов, снижение нецелевых эффектов остается серьезной проблемой. Непреднамеренные генетические изменения, возникающие в результате нецелевых модификаций, могут иметь непредсказуемые последствия или вызывать осложнения. Используя усовершенствованные конструкции направляющих РНК, обновленные белки Cas и передовые биоинформатические инструменты, исследователи активно работают над повышением специфичности и снижением нецелевых эффектов процедур CRISPR/Cas. Кроме того, эффективная и специфичная доставка компонентов CRISPR в целевые ткани представляет собой еще одно препятствие. Системы доставки должны быть разработаны или оптимизированы для обеспечения эффективного и безопасного достижения CRISPR-машинерии целевых клеток или органов. Это включает в себя изучение различных методов доставки, таких как вирусные векторы, наночастицы или липидные носители, для точной транспортировки компонентов CRISPR в целевые ткани, минимизируя потенциальную токсичность или иммунный ответ. Несмотря на недавний прогресс, необходимы дальнейшие исследования для разработки безопасных и эффективных CRISPR-терапий. Технология CRISPR/Cas9 в настоящее время не используется активно, однако проводятся клинические испытания ее применения для лечения различных заболеваний, включая серповидноклеточную анемию, рак шейки матки, связанный с вирусом папилломы человека (ВПЧ), респираторную инфекцию, вызванную COVID-19, почечно-клеточный рак и множественную миелому. Генная терапия стала перспективной областью медицинской науки, направленной на лечение различных генетических заболеваний путем модификации человеческих генов. Процесс включает введение генетического материала в клетки пациента с основной целью восстановления или коррекции дефектных генов, способствующих наследственным заболеваниям. Эта инновационная медицинская процедура добилась значительного прогресса и наблюдается растущее число клинических испытаний с момента ее появления. С 1989 по декабрь 2018 года было проведено более 2900 клинических испытаний генной терапии, более половины из которых достигли первой фазы. За прошедшие годы было разработано и сделано доступным для общественности несколько лекарственных препаратов на основе генной терапии, что стало важными вехами в лечении генетических расстройств. Примерами являются Zolgensma и Patisiran, которые продемонстрировали эффективность в лечении конкретных генетических состояний. Большинство подходов к генной терапии используют вирусные векторы, такие как аденоассоциированные вирусы (AAV), аденовирусы (AV) и лентивирусы (LV), для облегчения вставки или замены трансгенов in vivo или ex vivo. Эти векторы служат транспортными средствами для доставки терапевтического генетического материала в клетки пациента. Значительным развитием в 2023 году стало создание наночастиц, разработанных для функционирования аналогично вирусным векторам. Эти биоортогонально сконструированные вирусные рекомбинантные биосомы представляют собой новый подход к доставке генов. Они демонстрируют надежные и быстрые возможности связывания с рецепторами липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) на поверхности клеток, повышая их эффективность проникновения в клетки. Эта способность обеспечивает направленную доставку генов в определенные области, такие как опухолевые и артритные ткани. Это достижение может повысить точность и эффективность генной терапии, минимизируя нецелевые эффекты и улучшая общие терапевтические результаты. Помимо подходов на основе вирусных векторов и наночастиц, интерференция РНК (РНКi) стала еще одной стратегией в генной терапии. Препараты, такие как zilebesiran, используют малые интерферирующие РНК (siRNA), которые связываются с матричной РНК (мРНК) целевых клеток, эффективно модулируя экспрессию генов. Этот подход на основе интерференции РНК обеспечивает целенаправленный и специфичный метод регуляции активности генов, открывая дополнительные возможности для лечения генетических заболеваний. Непрерывное развитие методов генной терапии, а также разработка инновационных систем доставки и терапевтических агентов подчеркивают постоянную приверженность научного и медицинского сообщества развитию этой области и предоставлению эффективных методов лечения широкого спектра генетических заболеваний.

Генный допинг

Спортсмены могут прибегать к технологиям генной терапии для улучшения своих результатов. Генный допинг пока не зафиксирован, однако множество методов генной терапии могут оказывать подобный эффект. Кайзер и др. утверждают, что генный допинг мог бы выровнять шансы, если бы все спортсмены имели равный доступ к нему. Критики считают, что любое терапевтическое вмешательство в целях, не связанных с лечением, а направленных на улучшение показателей, подрывает этические основы медицины и спорта. Поэтому эта технология, являющаяся частью генетической инженерии и в спорте обычно называемая генным допингом, была запрещена из-за ее потенциальных рисков. Основная цель генного допинга – помощь людям с медицинскими показаниями. Однако спортсмены, осознавая связанные с этим риски для здоровья, прибегают к этому методу в стремлении повысить свои спортивные достижения. Запрет на бесконтрольное использование генного допинга в спорте действует с 2003 года по решению Всемирного антидопингового агентства (WADA). Исследование 2011 года подчеркнуло важность решения проблем, связанных с генным допингом, и необходимость оперативного понимания того, как генный допинг в спорте и спортивной медицине может повлиять на систему здравоохранения, раскрывая его потенциал для повышения спортивных результатов. В статье, согласно Всемирному антидопинговому агентству (WADA), разъясняется, как генный допинг угрожает честности спорта. Кроме того, в работе рассматриваются проблемы со здоровьем, которые могут возникнуть в результате использования генного допинга исключительно для повышения спортивных результатов. Злоупотребление генным допингом для улучшения спортивных результатов является неэтичной практикой и сопряжено со значительными рисками для здоровья, включая, но не ограничиваясь раком, вирусными инфекциями, инфарктом миокарда, повреждением скелета и аутоиммунными осложнениями. Помимо этого, генный допинг может вызывать различные проблемы со здоровьем, такие как чрезмерное развитие мышц, приводящее к состояниям вроде гипертонической кардиомиопатии, и повышать уязвимость костей и сухожилий к травмам. Такие гены, как EPO, IGF1, VEGFA, GH, HIFs, PPARD, PCK1 и миостатины, являются наиболее распространенным выбором для генного допинга. В частности, при генном допинге спортсмены используют вещества, такие как антитела к миостатину или блокаторы миостатина. Эти вещества способствуют увеличению мышечной массы спортсменов, облегчению развития мышц и повышению силы. Однако основные гены, используемые для генного допинга у людей, могут привести к осложнениям, таким как чрезмерный рост мышц, который может негативно повлиять на сердечно-сосудистую систему и увеличить риск травм. Однако из-за недостаточной осведомленности об этих рисках многие спортсмены прибегают к генному допингу в целях, отличных от его первоначального назначения. В области здоровья спортсменов, спортивной этики и принципов честной игры ученые разработали различные технологии для выявления генного допинга. Хотя на ранних этапах технология была недостаточно надежной, были проведены более масштабные исследования для разработки более эффективных методов обнаружения случаев генного допинга. Изначально ученые использовали такие методы, как ПЦР в различных ее формах. Это не принесло успеха, поскольку такие технологии опираются на экзон-экзонные соединения в ДНК, что снижает точность обнаружения, поскольку результаты можно легко подделать с помощью вводящих в заблуждение праймеров, и генный допинг останется незамеченным. С появлением новых технологий в более поздних исследованиях использовалось секвенирование нового поколения (NGS) в качестве метода обнаружения. С помощью биоинформатики эта технология превзошла предыдущие методы секвенирования по глубине анализа ДНК. Секвенирование нового поколения (NGS) фокусируется на использовании сложного метода анализа последовательности образца и сравнения ее с существующей эталонной последовательностью из базы данных генов. Таким образом, подмена праймеров невозможна, поскольку обнаружение происходит на геномном уровне. С помощью биоинформатических инструментов визуализации данные можно легко интерпретировать, а последовательности, не соответствующие эталонной, выделять. Недавно, одним из высокоэффективных методов анализа генного допинга, проведенного в 2023 году с использованием передовых технологий, является HiGDA (High efficiency Gene Doping Analysis), который использует технологию CRISPR/deadCas9. Этические вопросы, связанные с генным допингом, существовали задолго до его открытия. Хотя генный допинг относительно нов, концепция генетического улучшения любого рода всегда вызывала этические опасения. Даже при использовании в терапевтических целях генная терапия сопряжена со многими рисками из-за своей непредсказуемости и других факторов. Помимо проблем со здоровьем, этические вопросы вызывают и другие факторы, в основном связанные с наследственным фактором этих терапий, когда генетическое редактирование в некоторых случаях может передаваться следующему поколению с более высокой степенью непредсказуемости и рисков. По этой причине нетерапевтическое применение генной терапии можно рассматривать как более рискованный подход к немедицинской проблеме. В одном из исследований показано, что на протяжении всей истории человечество всегда находилось в состоянии конкуренции. Если в прошлом воины соревновались в силе на войне, то сегодня конкуренция ведется за успех во всех сферах, и понимается, что эта психология существовала в истории человечества и продолжает существовать. Известно, что даже при наличии генетического потенциала спортсмен не может стать чемпионом, если не соблюдает необходимые тренировки и образ жизни. Однако по мере усиления конкуренции требуются как более интенсивные физические тренировки, так и более высокая ментальная подготовка. Подобно тому, как воины в истории использовали некоторые травяные средства для того, чтобы выглядеть сильнее и агрессивнее, сегодня спортсмены прибегают к методам допинга для повышения своих результатов. Однако эта ситуация противоречит спортивной этике, поскольку не соответствует морали и пониманию игры. Одним из негативных последствий является риск развития рака, а одним из положительных – принятие мер предосторожности против определенных патологических состояний. Изменение генов может привести к непредвиденным и непредсказуемым изменениям в организме, потенциально вызывая непредсказуемые проблемы со здоровьем. Другим последствием генного допинга в спорте является постоянная борьба с препаратами, не одобренными Всемирным антидопинговым агентством, и несправедливость по отношению к спортсменам, принимающим эти препараты. Долгосрочные последствия генного допинга для здоровья могут быть полностью не изучены, и спортсмены могут столкнуться с проблемами со здоровьем в более позднем возрасте.

Другие применения

Другие гипотетические генные терапии могут включать изменения во внешности, метаболизме, когнитивных функциях, таких как память и интеллект, а также улучшение самочувствия (например, за счет повышения устойчивости к депрессии или облегчения хронической боли).

Поведение

Значительные количественные генетические открытия были сделаны в 1970-х и 1980-х годах, выходя за рамки оценки наследуемости. Однако такие вопросы, как поднятые в книге "Кривая колокола", вновь возникли, и к 1990-м годам ученые признали важность генетики для поведенческих признаков, таких как интеллект. Конференция Американской психологической ассоциации в 1992 году выбрала поведенческую генетику в качестве темы, охватывающей прошлое, настоящее и будущее психологии. Произошел синтез молекулярной генетики, что привело к революции в области ДНК и поведенческой геномике, в то время как количественные генетические открытия замедлились. Благодаря революции ДНК в поведенческих науках теперь можно предсказывать индивидуальные поведенческие различия на ранних этапах. Первый закон поведенческой генетики был установлен в 1978 году после обзора тридцати исследований близнецов, который показал, что средняя оценка наследуемости интеллекта составляет 46%. Поведение также может быть изменено посредством генетического вмешательства. Некоторые люди могут быть агрессивными, эгоистичными и испытывать трудности с функционированием в обществе. Генетические исследования выявили связь между мутациями в GLI3 и других генах, определяющих паттерн развития, и этиологией синдрома Холлидей-Хиппо. Примерно у 50–80% детей с синдромом Холлидей-Хиппо наблюдаются приступы гнева и насилия, а у большинства пациентов – проблемы с внешним поведением. Поведенческая нестабильность и интеллектуальная недостаточность могут предшествовать эпилепсии. В настоящее время проводятся исследования генов, которые являются или могут быть (частично) ответственными за эгоизм (например, "ген безжалостности"), агрессию (например, "ген воина"), альтруизм (например, OXTR, CD38, COMT, DRD4, DRD5, IGF2, GABRB2).

С момента изобретения технологии рекомбинантной ДНК существовали большие надежды на технологию редактирования генов для модификации генов и регуляции нашей биологии. Однако эти ожидания в основном не оправдались. Оценка целесообразности применения вмешательств в зародышевую линию в репродуктивной медицине не должна основываться на опасениях по поводу улучшения или евгеники, несмотря на значительный прогресс исследований в области редактирования генов в направлении клинического применения. Кистозный фиброз (КФ) – это наследственное заболевание, вызванное мутациями в гене трансмембранного регулятора проводимости (CFTR) при кистозном фиброзе. Хотя 90% пациентов с КФ можно лечить, существующие методы лечения не являются радикальными и не охватывают весь спектр мутаций CFTR. Поэтому для окончательного лечения всех пациентов с КФ необходима комплексная, долгосрочная терапия. Технологии редактирования генов CRISPR/Cas разрабатываются как перспективная платформа для генетического лечения. Однако трудности с доставкой достаточного количества гена CFTR и поддержанием его экспрессии в легких препятствуют эффективности генной терапии. Недавние технические достижения, такие как перенос вирусных и невирусных векторов, альтернативные технологии нуклеиновых кислот и новые технологии, такие как редактирование генов мРНК и CRISPR, используют наше понимание биологии КФ и эпителия дыхательных путей. Генная терапия с момента своего создания и применения обещала долгосрочное решение наследственных заболеваний, таких как кистозный фиброз. Появление сложных технологий, позволяющих осуществлять сайт-специфическое изменение с помощью программируемых нуклеаз, значительно оживило область генной терапии. Ведутся исследования гипотетического лечения психических расстройств с помощью генной терапии. Предполагается, что с помощью методов генной передачи возможно (в экспериментальных условиях с использованием моделей животных) изменять экспрессию генов ЦНС и, следовательно, внутреннее образование молекул, участвующих в нейронной пластичности и нейронной регенерации, и, таким образом, изменять поведение. В последние годы стало возможным изменить потребление этанола в моделях животных. В частности, это было достигнуто путем воздействия на экспрессию гена альдегиддегидрогеназы (ALDH2), что привело к значительному изменению поведения, связанного с употреблением алкоголя. Снижение уровня p11, белка, связывающего рецептор серотонина, в прилежащем ядре привело к развитию депрессивоподобного поведения у грызунов, в то время как восстановление экспрессии гена p11 в этой анатомической области обратило это поведение вспять. Те же авторы также показали в этом исследовании, что накопление амилоида β (Aβ) нарушает активность CREB, который физиологически участвует в формировании памяти. В другом исследовании было показано, что отложение Aβ и образование бляшек можно уменьшить путем устойчивой экспрессии неприлизина (эндопептидазы), что также привело к улучшению поведенческих (т.е. когнитивных) показателей. Аналогичным образом, внутримозговой перенос гена ECE (эндотелин-превращающего фермента) с помощью вирусного вектора, стереотаксически введенного в правую переднюю кору и гиппокамп, также показал снижение отложений Aβ в трансгенной модели мыши болезни Альцгеймера. Ведутся исследования в области геноэкономики – протонауки, основанной на идее о том, что финансовое поведение человека может быть прослежено до его ДНК и что гены связаны с экономическим поведением. По состоянию на 2015 год результаты были неубедительными. Были выявлены некоторые незначительные корреляции. Некоторые исследования показывают, что наши гены могут влиять на некоторые аспекты нашего поведения. Например, некоторые гены могут отражать наше состояние стагнации, в то время как другие могут быть ответственны за наши вредные привычки. В качестве примера можно привести ген MAOA (монооксидазы А), особенности которого влияют на высвобождение гормонов, таких как серотонин, адреналин и дофамин, и подавляют их. Это предотвращает нашу реакцию в некоторых ситуациях и останавливает нас, чтобы принимать быстрые решения в других ситуациях, что может привести к принятию неправильных решений в потенциально плохих ситуациях. В результате некоторых исследований у людей, несущих этот ген, можно наблюдать перепады настроения, такие как агрессия, чувство сострадания и раздражительность. Кроме того, в результате исследований, проведенных на людях, несущих ген MAOA, было установлено, что этот ген может передаваться генетически от родителей, а мутации также могут развиваться по более поздним эпигенетическим причинам. Если говорить об эпигенетических причинах, то дети из семей, растущих в неблагополучной среде, начинают перенимать то, что видят от своих родителей. По этой причине эти дети начинают проявлять вредные привычки или поведение, такие как раздражительность и агрессия, в будущем.

Военный

В 2022 году Академия военных наук Народно-освободительной армии сообщила, что команда военных ученых внедрила ген тихоходки в человеческие эмбриональные стволовые клетки в эксперименте с заявленной возможностью повышения устойчивости солдат к острому радиационному синдрому для выживания после ядерного взрыва. Существуют различные проекты по использованию технологий CRISPR/Cas9 в военных целях, такие как: защита от обморожения, снижение уровня стресса, уменьшение последствий недосыпа, повышение силы и выносливости. DARPA реализует исследовательские и технологические проекты, в рамках которых планируется создание человеческих клеток, функционирующих как фабрики питательных веществ. Также проводятся испытания на животных, например, профилактическое лечение для долгосрочной защиты от химического оружия массового уничтожения (ХОМУ), с использованием непатогенного вектора AAV8 для доставки кандидата в каталитический биосборщик PON1 IF11 в кровоток мышей. В то время как 76% военнослужащих сил специальных операций США используют пищевые добавки, в том числе для повышения эффективности, неизвестно, сколько из них применяют другие виды биоулучшений, такие как стероиды, гормон роста человека и эритропоэтин, используемый спортсменами. Проблема заключается в использовании биомедицинских препаратов военнослужащими без завершения испытаний на безопасность и эффективность. Эта проблема возникла во время войны в Персидском заливе с распространением бромида пиридостигмина и вакцины против ботулинического токсина, а также с программой иммунизации против сибирской язвы Министерства обороны в 1998 году. Хотя эти продукты были одобрены для других целей, они использовались не по назначению для защиты от химического и биологического оружия, что вызывает вопросы об отсутствии одобрения FDA для этих конкретных применений. В 2022 году Академия военных наук Народно-освободительной армии сообщила о заметном эксперименте, в ходе которого военные ученые вставили ген тихоходки в человеческие эмбриональные стволовые клетки. Этот эксперимент был направлен на изучение потенциального повышения устойчивости солдат к острому радиационному синдрому, тем самым увеличивая их способность выживать после ядерного взрыва. Это развитие отражает пересечение генной инженерии и военных исследований, с акцентом на биоулучшение для военнослужащих. Технологии CRISPR/Cas9 привлекли внимание благодаря своему потенциальному применению в военных контекстах. В настоящее время реализуются различные проекты, в том числе направленные на защиту солдат от конкретных угроз. Например, исследователи изучают использование CRISPR/Cas9 для защиты от обморожения, снижения уровня стресса, облегчения недосыпания, а также повышения силы и выносливости. Агентство перспективных исследовательских проектов в области обороны (DARPA) активно участвует в исследованиях и разработке этих технологий. Один из их проектов направлен на создание человеческих клеток, которые будут функционировать как фабрики питательных веществ, потенциально оптимизируя производительность и устойчивость солдат в сложных условиях. Кроме того, военные исследователи проводят испытания на животных для изучения профилактического лечения для долгосрочной защиты от химического оружия массового уничтожения. Это включает использование непатогенных векторов AAV8 для доставки кандидата в каталитический биосборщик PON1 IF11 в кровоток мышей. Эти инициативы подчеркивают более широкое изучение генетических и молекулярных вмешательств для повышения военного потенциала и защиты персонала от различных угроз. В области биоулучшения были высказаны опасения по поводу использования военнослужащими пищевых добавок и других биомедицинских препаратов. Сообщается, что значительная часть военнослужащих сил специальных операций США использует пищевые добавки для повышения эффективности, но степень использования других методов биоулучшения, таких как стероиды, гормон роста человека и эритропоэтин, остается неясной. Отсутствие завершенных испытаний на безопасность и эффективность этих биоулучшений вызывает этические и нормативные вопросы. Эта проблема не нова, поскольку вопросы, связанные с использованием препаратов не по назначению, таких как бромид пиридостигмина и вакцина против ботулинического токсина во время войны в Персидском заливе, а также программа иммунизации против сибирской язвы Министерства обороны в 1998 году, вызвали обсуждения о необходимости тщательного одобрения FDA для конкретных военных применений. Пересечение генной инженерии, технологий CRISPR/Cas9 и военных исследований поднимает сложные этические вопросы, касающиеся потенциального усиления человеческих возможностей в военных целях. Важно найти баланс между научным прогрессом, этическими нормами и нормативным контролем по мере развития этих технологий.

Базы данных о возможных модификациях

Джордж Черч составил список потенциальных генетических модификаций, основанный на научных исследованиях, для признаков, которые потенциально могут быть полезными, таких как снижение потребности во сне, изменения когнитивных функций, защищающие от болезни Альцгеймера, устойчивость к заболеваниям, увеличение мышечной массы и повышение обучаемости, а также соответствующие исследования и возможные негативные эффекты.