Введение

Генетически модифицированный человеческий эмбрион

"Дизайнерский ребенок" – это ребенок, чей генетический состав был выбран или изменен, часто для исключения определенного гена или удаления генов, связанных с заболеванием. Этот процесс обычно включает анализ широкого спектра человеческих эмбрионов для выявления генов, связанных с определенными заболеваниями и характеристиками, и выбор эмбрионов с желаемым генетическим составом; этот процесс известен как преимплантационная генетическая диагностика (ПГД). Скрининг на отдельные гены практикуется широко, а полигенный скрининг предлагают несколько компаний. Другие методы изменения генетической информации ребенка включают непосредственное редактирование генома до рождения, что не является рутинной процедурой, и, насколько известно, был только один задокументированный случай на 2019 год, когда китайские близнецы Лулу и Нана были отредактированы в качестве эмбрионов, что вызвало широкую критику. Генетически измененные эмбрионы можно получить путем введения желаемого генетического материала непосредственно в эмбрион или в сперматозоиды и/или яйцеклетки родителей, либо путем прямой доставки генов в клетку, либо с использованием технологии редактирования генов. Этот процесс известен как генная инженерия зародышевой линии, и его применение к эмбрионам, которые будут доведены до рождения, обычно запрещено законом. Редактирование эмбрионов таким образом означает, что генетические изменения могут передаваться будущим поколениям, и поскольку технология связана с редактированием генов нерожденного ребенка, она считается спорной и вызывает этические дебаты. Хотя некоторые ученые поддерживают использование этой технологии для лечения заболеваний, существуют опасения, что она может быть использована в косметических целях и для улучшения человеческих качеств. ПГД в основном используется для отбора эмбрионов для имплантации в случае возможных генетических дефектов, позволяя выявлять мутировавшие или связанные с болезнью аллели и отбирать эмбрионы, не несущие этих аллелей. Это особенно полезно для эмбрионов от родителей, один или оба из которых являются носителями наследственного заболевания. ПГД также может использоваться для отбора эмбрионов определенного пола, чаще всего, когда заболевание более тесно связано с одним полом, чем с другим (например, при Х-сцепленных заболеваниях, которые чаще встречаются у мужчин, таких как гемофилия). Детей, рожденных с признаками, выбранными после ПГД, иногда называют "дизайнерскими детьми". Одно из применений ПГД – выбор "донорских братьев и сестер", детей, рожденных для предоставления трансплантата (органа или группы клеток) брату или сестре, страдающему обычно опасным для жизни заболеванием. Донорские братья и сестры зачаты с помощью ЭКО, а затем проходят скрининг с использованием ПГД для анализа генетического сходства с ребенком, нуждающимся в трансплантации, чтобы снизить риск отторжения.

Процесс

Эмбрионы для ПГД получают в результате процедур ЭКО, в которых яйцеклетка искусственно оплодотворяется сперматозоидами. Ооциты женщины получают после контролируемой гиперстимуляции яичников (COH), включающей в себя лечение бесплодия для стимуляции выработки множественных ооцитов. После получения ооцитов их оплодотворяют in vitro, либо в процессе инкубации с использованием множества сперматозоидов в культуре, либо посредством интрацитоплазматической инъекции сперматозоида (ICSI), при которой сперматозоид вводится непосредственно в яйцеклетку. Полученные эмбрионы обычно культивируют в течение 3–6 дней, позволяя им достичь стадии бластомера или бластоцисты. После достижения эмбрионами желаемой стадии развития, из клеток берут биопсию и проводят генетический скрининг. Процедура скрининга варьируется в зависимости от характера исследуемого заболевания. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) – это процесс, при котором последовательности ДНК амплифицируются для получения большего числа копий одного и того же сегмента, что позволяет проводить скрининг больших образцов и выявлять специфические гены. Этот процесс часто используется при скрининге моногенных заболеваний, таких как муковисцидоз. Другая методика скрининга, флуоресцентная гибридизация in situ (FISH), использует флуоресцентные зонды, которые специфически связываются с высококомплементарными последовательностями на хромосомах, которые затем могут быть идентифицированы с помощью флуоресцентной микроскопии. FISH часто используется при скрининге хромосомных аномалий, таких как анеуплоидия, что делает ее полезным инструментом при скрининге заболеваний, таких как синдром Дауна. После скрининга эмбрионы с желаемым признаком (или лишенные нежелательного признака, например, мутации) переносят в матку матери, после чего им дают возможность развиваться естественным путем.

Регулирование

Регулирование ПГД определяется правительствами отдельных стран, при этом некоторые полностью запрещают его использование, включая Австрию, Китай и Ирландию. Во многих странах ПГД разрешено только в медицинских целях и при очень строгих условиях, как во Франции, Швейцарии, Италии и Соединенном Королевстве. В то время как в Италии и Швейцарии ПГД разрешается лишь при определенных обстоятельствах, не существует четких критериев для его проведения, и отбор эмбрионов по половому признаку запрещен. Во Франции и Великобритании правила гораздо более детализированы, и специализированные органы устанавливают нормативную базу для ПГД. Отбор по половому признаку разрешен в определенных случаях, а перечень генетических заболеваний, при которых допускается ПГД, определяется соответствующими органами каждой страны. В отличие от этого, федеральное законодательство США не регулирует ПГД, и нет специализированных органов, устанавливающих нормативную базу, которой должны придерживаться медицинские работники.

Инженерная инженерия зародышевой линии человека

Инженерная модификация зародышевой линии человека – это процесс, при котором геном человека редактируется в зародышевой клетке, такой как сперматозоид или яйцеклетка (что приводит к наследственным изменениям), или в зиготе или эмбрионе после оплодотворения. Модификация зародышевой линии приводит к тому, что изменения в геноме включаются во все клетки организма потомства (или организма, полученного в результате эмбриональной модификации зародышевой линии). Этот процесс отличается от генной инженерии соматических клеток, которая не вызывает наследственных изменений. Большинство манипуляций с зародышевой линией человека проводятся на отдельных клетках и нежизнеспособных эмбрионах, которые уничтожаются на очень ранней стадии развития. Однако в ноябре 2018 года китайский ученый Хэ Цзянькуй заявил о создании первых генетически отредактированных младенцев с модифицированной зародышевой линией. Генетическая инженерия опирается на знания о генетической информации человека, полученные благодаря исследованиям, таким как проект «Геном человека», который идентифицировал положение и функцию всех генов в геноме человека. С 2019 года высокопроизводительные методы секвенирования позволяют проводить секвенирование генома очень быстро, что делает эту технологию широко доступной для исследователей. Модификация зародышевой линии обычно достигается с помощью методов, которые встраивают новый ген в геном эмбриона или зародышевой клетки в определенное место. Этого можно достичь путем непосредственного введения необходимой ДНК в клетку для ее включения или путем замены гена на интересующий. Эти методы также могут использоваться для удаления или инактивации нежелательных генов, например, содержащих мутировавшие последовательности. Хотя инженерная модификация зародышевой линии в основном проводилась на млекопитающих и других животных, исследования на клетках человека in vitro становятся все более распространенными. Наиболее часто используемыми методами в клетках человека являются генная терапия зародышевой линии и система редактирования генома CRISPR/Cas9.

Модификация генов зародышевой линии

Генная терапия – это доставка нуклеиновой кислоты (обычно ДНК или РНК) в клетку в качестве лекарственного средства для лечения заболеваний. Чаще всего это осуществляется с использованием вектора, который доставляет нуклеиновую кислоту (обычно ДНК, кодирующую терапевтический ген) в целевую клетку. Вектор может внедрить желаемую копию гена в определенное место для экспрессии по мере необходимости. Альтернативно, трансген может быть введен для намеренного нарушения функции нежелательного или мутировавшего гена, предотвращая транскрипцию и трансляцию дефектных генных продуктов и, таким образом, избегая развития признаков заболевания. Генная терапия у пациентов обычно проводится на соматических клетках для лечения таких состояний, как некоторые лейкемии и сосудистые заболевания. В отличие от этого, генная терапия зародышевой линии человека ограничена экспериментами in vitro в некоторых странах, а в других полностью запрещена, включая Австралию, Канаду, Германию и Швейцарию. Хотя Национальные институты здоровья США в настоящее время не разрешают клинические испытания по переносу генов зародышевой линии внутриутробно, испытания in vitro разрешены. Руководящие принципы NIH указывают на необходимость дальнейших исследований безопасности протоколов переноса генов, прежде чем будут рассмотрены исследования внутриутробно, требуя от текущих исследований демонстрации эффективности этих методов в лабораторных условиях. В настоящее время в подобных исследованиях используются нежизнеспособные эмбрионы для изучения эффективности генной терапии зародышевой линии при лечении таких расстройств, как наследственные митохондриальные заболевания. Перенос генов в клетки обычно осуществляется посредством доставки векторов. Векторы обычно делятся на два класса – вирусные и невирусные.

Вирусные векторы

Вирусы инфицируют клетки, внедряя свой генетический материал в клетку хозяина и используя клеточные механизмы хозяина для производства вирусных белков, необходимых для репликации и размножения. Модифицируя вирусы и загружая их терапевтической ДНК или РНК, можно использовать их в качестве вектора для доставки желаемого гена в клетку. Ретровирусы – одни из наиболее часто используемых вирусных векторов, поскольку они не только вводят свой генетический материал в клетку хозяина, но и встраивают его в геном хозяина. В контексте генной терапии это обеспечивает постоянную интеграцию гена интереса в ДНК пациента, что приводит к более продолжительному эффекту. Вирусные векторы работают эффективно и в основном безопасны, однако имеют некоторые осложнения, что обуславливает строгий контроль за генной терапией. Несмотря на частичную инактивацию вирусных векторов в исследованиях генной терапии, они все еще могут быть иммуногенными и вызывать иммунный ответ. Это может препятствовать доставке гена интереса вирусом, а также вызывать осложнения у пациентов при клиническом применении, особенно у тех, кто страдает серьезным генетическим заболеванием. Другая сложность заключается в том, что некоторые вирусы могут случайно встраивать свои нуклеиновые кислоты в геном, что может нарушить функцию генов и привести к новым мутациям. Это представляет серьезную проблему при рассмотрении генной терапии зародышевой линии из-за риска возникновения новых мутаций в эмбрионе или потомстве.

ЗФН

Нуклеазы цинковых пальцев (ZFN) – это ферменты, созданные путем слияния ДНК-связывающего домена цинковых пальцев с доменом расщепления ДНК. Цинковый палец распознает от 9 до 18 оснований последовательности. Таким образом, комбинируя эти модули, становится проще нацеливаться на любую последовательность, которую исследователи хотят изменить, особенно в сложных геномах. ZFN представляет собой макромолекулярный комплекс, образованный мономерами, каждый из которых содержит цинковый домен и домен эндонуклеазы FokI. Домены FokI должны димеризоваться для активности, что сужает целевую область, обеспечивая два близких события связывания с ДНК. Это событие называется переменным повтором дирезидуа (RVD). Взаимосвязь между аминокислотами позволяет исследователям конструировать специфический ДНК-связывающий домен. Ферменты TALEN разработаны для удаления определенных участков ДНК и замены их, что позволяет вносить изменения в геном. TALEN можно использовать для редактирования геномов с помощью негомологичного соединения концов (NHEJ) и репарации, направляемой гомологией.

Спор о Лулу и Нане

Спор о Лулу и Нане касается двух китайских девочек-близнецов, родившихся в ноябре 2018 года, геномы которых были генетически модифицированы китайским ученым Хэ Цзянькуем еще на стадии эмбрионов. Проект, возглавляемый Хэ, привлекал пары, желающие иметь детей, где мужчина был ВИЧ-положительным, а женщина – нет. В рамках проекта Хэ проводил ЭКО с использованием спермы и яйцеклеток этих пар, а затем вводил мутацию CCR5 Δ32 в геномы эмбрионов с помощью технологии CRISPR/Cas9. После этого он применял ПГД к отредактированным эмбрионам, секвенируя биопсированные клетки для определения успешности введения мутации. Хэ сообщил о некоторой мозаичности эмбрионов, когда мутация интегрировалась лишь в часть клеток, что указывало на то, что потомство не будет полностью защищено от ВИЧ. Он утверждал, что в ходе ПГД и на протяжении всей беременности проводилось секвенирование ДНК плода для выявления нецелевых ошибок, вызванных технологией CRISPR/Cas9, однако NIH опубликовало заявление, в котором отмечалось, что "возможность нанесения вреда вследствие нецелевых эффектов не была должным образом изучена". Девочки родились в начале ноября 2018 года, и, по словам Хэ, были здоровы. Впоследствии Хэ дал интервью агентству Associated Press и представил результаты своей работы 27 ноября на Втором Международном саммите по редактированию генома человека, проходившем в Гонконге. С технологической точки зрения, CRISPR/Cas9 на сегодняшний день является одним из наиболее точных и экономичных методов модификации генов, однако существуют определенные ограничения, не позволяющие считать его полностью безопасным и эффективным. Ряд биоэтиков, исследователей и медицинских работников выступили с осуждением исследования, в том числе лауреат Нобелевской премии Дэвид Балтимор, назвавший эту работу "безответственной", и один из пионеров технологии CRISPR/Cas9, биохимик Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли. Директор NIH Фрэнсис С. Коллинз заявил, что "медицинская необходимость инактивации CCR5 у этих младенцев совершенно не обоснована", и осудил Хэ Цзянькуя и его команду за "безответственный подход". Программа Safe Genes, реализуемая DARPA, направлена на защиту солдат от тактики генетической войны. Они получают информацию от экспертов в области этики для лучшего прогнозирования и понимания текущих и будущих потенциальных проблем, связанных с редактированием генов. Китайская академия медицинских наук отреагировала на этот спор в журнале Lancet, осудив Хэ за нарушение этических норм, установленных правительством, и подчеркнув, что редактирование зародышевой линии не должно проводиться в репродуктивных целях. Академия заверила, что "в ближайшее время выпустит дополнительные оперативные, технические и этические рекомендации" для ужесточения регулирования редактирования человеческих эмбрионов.

Этические соображения

Редактирование эмбрионов, половых клеток и создание «дизайнерских детей» является предметом этических дебатов из-за последствий модификации геномной информации, передаваемой по наследству. Это включает в себя споры о несбалансированном отборе по полу и отборе гамет. Несмотря на правила, установленные регулирующими органами отдельных стран, отсутствие единой нормативной базы приводит к постоянным дискуссиям об инженерии зародышевой линии среди ученых, этиков и широкой общественности. Артур Каплан, глава отдела биоэтики Нью-Йоркского университета, считает, что создание международной группы для разработки руководящих принципов по этой теме значительно обогатит глобальную дискуссию и предлагает привлечь «лидеров в области религии, этики и права» для установления обоснованных правил. Во многих странах редактирование эмбрионов и модификация зародышевой линии для репродуктивных целей незаконны. По состоянию на 2017 год в США использование модификации зародышевой линии ограничено и находится под строгим контролем FDA и NIH. В 2019 году Всемирная организация здравоохранения назвала редактирование генома зародышевой линии человека «безответственным». Поскольку генетическая модификация несет риски для любого организма, исследователи и медицинские работники должны тщательно взвешивать перспективы инженерии зародышевой линии. Основная этическая проблема заключается в том, что подобные вмешательства могут привести к изменениям, передающимся будущим поколениям, и, следовательно, любая ошибка, известная или неизвестная, также будет унаследована и повлияет на потомство. Некоторые биоэтики, в том числе Рональд Грин из Дартмутского колледжа, выражают опасения, что это может привести к случайному появлению новых заболеваний в будущем. При рассмотрении вопроса о поддержке исследований в области инженерии зародышевой линии этики часто утверждают, что неэтично игнорировать технологию, которая могла бы улучшить жизнь детей, рожденных с врожденными заболеваниями. Генетик Джордж Черч утверждает, что не ожидает, что инженерия зародышевой линии усилит социальное неравенство, и рекомендует снизить стоимость и повысить осведомленность об этой теме, чтобы развеять эти опасения. Он подчеркивает, что разрешение инженерии зародышевой линии детям, которые в противном случае родились бы с врожденными дефектами, может избавить около 5% младенцев от жизни с потенциально предотвратимыми заболеваниями. Джеки Лич Скалли, профессор социальной и биоэтики в Ньюкаслском университете, признает, что перспектива «дизайнерских детей» может привести к тому, что люди, страдающие заболеваниями и не имеющие возможности позволить себе эти технологии, почувствуют себя маргинализированными и лишенными медицинской поддержки. Многие биоэтики подчеркивают, что инженерия зародышевой линии обычно рассматривается в интересах ребенка, и поэтому ее следует поддерживать. Доктор Джеймс Хьюз, биоэтик из Тринити-колледжа в Коннектикуте, предполагает, что это решение может не сильно отличаться от других, принимаемых родителями и общепринятых – выбор партнера и использование контрацепции для определения времени зачатия. Джулиан Савулеску, биоэтик и философ из Оксфордского университета, считает, что родители «должны разрешать отбор генов, не связанных с заболеваниями, даже если это сохраняет или увеличивает социальное неравенство», и ввел термин «прокреативная благотворительность» для описания идеи о том, что следует выбирать детей, «которым суждена лучшая жизнь». Нюфилдский совет по биоэтике заявил в 2017 году, что «нет оснований исключать» изменение ДНК человеческого эмбриона, если это делается в интересах ребенка, но подчеркнул, что это возможно только при условии, что это не усугубляет социальное неравенство. Философ и директор некоммерческой организации «Непобедимое благополучие» по биоэтике Дэвид Пирс утверждает, что «вопрос о «дизайнерских детях» сводится к анализу соотношения рисков и выгод и наших основных этических ценностей, которые сами сформированы нашим эволюционным прошлым». По словам Пирса, «стоит помнить, что каждый акт традиционного полового размножения сам по себе является непроверенным генетическим экспериментом», часто ставящим под угрозу благополучие ребенка и его социальные способности, даже если ребенок растет в здоровой среде. Пирс считает, что по мере развития технологий все больше людей могут считать неприемлемым полагаться на «генетическую рулетку естественного отбора». Напротив, были высказаны опасения по поводу возможности создания «дизайнерских детей», особенно в связи с неэффективностью современных технологий. Биоэтик Рональд Грин заявил, что, хотя эта технология «неизбежно ждет нас в будущем», он предвидит «серьезные ошибки и проблемы со здоровьем из-за неизвестных генетических побочных эффектов у «отредактированных» детей». Кроме того, Грин предупредил о возможности того, что «обеспеченные люди» смогут легче получить доступ к технологиям, «которые сделают их еще лучше». Эта обеспокоенность по поводу того, что редактирование зародышевой линии может усугубить социальный и финансовый разрыв, разделяется другими исследователями, при этом председатель Нюфилдского совета по биоэтике, профессор Карен Йенг, подчеркивает, что если финансирование этих процедур «усугубит социальную несправедливость, то, по нашему мнению, это будет неэтичным подходом». Католические лидеры занимают умеренную позицию. Это связано с тем, что, согласно католическому учению, ребенок – это дар Божий, и католики верят, что люди созданы совершенными в глазах Бога. Таким образом, изменение генетического состава младенца является неестественным. В 1984 году Папа Иоанн Павел II заявил, что генетические манипуляции с целью лечения заболеваний приемлемы в Церкви. Он заявил, что они «в принципе будут считаться желательными, при условии, что они направлены на реальное продвижение личного благополучия человека, не нанося ущерба его целостности или ухудшая его жизненные условия». Однако неприемлемо использование «дизайнерских детей» для создания сверхчеловеческой/превосходящей расы, включая клонирование человека. Католическая церковь отвергает клонирование человека, даже если его цель – производство органов для терапевтического использования. Ватикан заявил, что «фундаментальные ценности, связанные с техниками искусственного оплодотворения человека, – это жизнь человека, призываемого к существованию, и особый характер передачи человеческой жизни в браке». По их мнению, это нарушает достоинство личности и является морально недопустимым. Опрос, проведенный клиникой Мейо в Среднем Западе США в 2017 году, показал, что большинство участников не согласны с созданием «дизайнерских детей», некоторые отмечая их евгенические подтексты. Участники также считали, что редактирование генов может иметь непредвиденные последствия, которые могут проявиться позже в жизни у тех, кто подвергся редактированию генов. Таким образом, уничтожение эмбрионов противоречит учению Корана, хадисов и шариата, которые учат нашей ответственности за защиту человеческой жизни. Для уточнения, процедура будет рассматриваться как «притворство в Боге/Аллахе». С этой идеей, что родители могут выбирать пол своего ребенка, ислам верит, что люди не имеют права выбирать пол, и что «выбор пола – прерогатива только Бога». В 2020 году обсуждались американские исследования, в которых использовались эмбрионы без эмбриональной имплантации с использованием техники CRISPR/Cas9, модифицированной с помощью HDR (рекомбинации с направленной гомологией), и выводы из результатов показали, что технологии редактирования генов в настоящее время недостаточно зрелые для практического применения и что необходимы дополнительные исследования, которые дадут безопасные результаты в течение более длительного периода времени. В статье, опубликованной в журнале Bioscience Reports, обсуждалось, что здоровье в генетическом смысле не является простым, и поэтому необходимо тщательно обдумать операции, связанные с редактированием генов, когда технология станет достаточно зрелой для практического применения, чтобы все потенциальные эффекты были известны в каждом конкретном случае, чтобы предотвратить нежелательные последствия для оперируемого или пациента. Социальные аспекты также вызывают обеспокоенность, как подчеркнула Жозефина Квинтавелле, директор Comment on Reproductive Ethics при Университете королевы Марии в Лондоне, которая утверждает, что выбор черт детей – это «превращение родительства…