Выходит, человек — кто угодно, только не вершина эволюции. Проще говоря, я всего лишь ходячий геномный хлам, который кое-как функционирует. Стоит взглянуть на эволюцию под этим углом, и миф о неизбежном прогрессе через естественный отбор рассыпается в прах. Путь к совершенству требует особых условий: огромных популяций, редких мутаций, несмещенной передачи генов потомству и правильного взаимодействия между мутациями. Мы же прошли эволюцию совсем в других условиях: крошечные популяции, частые мутации и способ размножения, который выглядит трогательно — мы вынашиваем детей в утробе, бережно их защищая, — но делает нас заложниками искаженной передачи генов и бесконечных генетических конфликтов.

Мы уже видели, как эволюция наносит ответный удар. Половое размножение вычищает вредные мутации — пусть не сразу, но в долгосрочной перспективе. Экзонные энхансеры сплайсинга облегчают бремя ошибок при сборке белков. Смещенная генная конверсия, при всех своих недостатках вроде дефектных стоп-кодонов, вероятно, помогает сохранять гены в рабочем состоянии. Мы выработали генетическую устойчивость к некоторым болезням — правда, возбудители тут же эволюционируют в ответ.

Но у нас, людей, есть козырь получше. Это наш большой мозг, который помог нам изобрести медицину.

Медицина — наша главная надежда в борьбе с тиранией мутаций. Если смотреть шире, медицина — это наш ответ естественному отбору. Многие из читающих эти строки в другую эпоху уже были бы мертвы, просто пали бы жертвами безжалостного естественного отбора. Да что там прежние времена, даже сегодня, родись мы в менее благополучном регионе планеты или просто в бедном районе, многих из нас уже не было бы в живых. Медицина сохраняет людям жизнь, притупляя беспощадный клинок естественного отбора.

Чтобы это понять, необязательно заглядывать в далекое прошлое. Британские медики проанализировали данные 1930–1940-х годов о выживаемости новорожденных с разным весом в первые 28 дней жизни. Оптимальным оказался вес около 3,6 килограмма, при таком весе умирало лишь 2% младенцев. Любое отклонение резко ухудшало шансы на выживание. При весе 2,5 килограмма — сегодня это называют «низкой массой тела при рождении» — к 28-му дню погибал каждый 10-й. Из детей весом 1,6 килограмма выживала только половина (сейчас «очень низкой массой» считается вес менее 1,5 килограмма). Совсем другая картина складывается при анализе данных 1950–1979 годов: смертность в этот период неуклонно снижалась и в 1979 году среди младенцев весом около 2,5 килограмма в первые 28 дней умирало всего 1–2%. Особенно впечатляет снижение смертности среди самых крошечных новорожденных. Во многом это заслуга новых методов выхаживания, например протоколов кислородной терапии, внедренных в 1950-х годах. Сегодня в Великобритании неонатальная смертность в первые 28 дней составляет около 2% — столько же, сколько в 1930-х годах умирало младенцев с идеальным весом.

Однако рост выживаемости сам по себе еще не означает ослабления естественного отбора. Отбор работает только тогда, когда хотя бы часть различий в весе новорожденных обусловлена генетикой. Если генетика ни при чем, то гибель или выживание младенцев никак не повлияет на генофонд нынешнего и будущих поколений. Скажем, если малый вес ребенка вызван только недоеданием матери во время беременности, то вся изменчивость определяется исключительно факторами среды. В реальности же около 25% различий в весе одиночных новорожденных (то есть не из двойни) объясняется генетическими различиями. И поскольку мы научились выхаживать маловесных детей, естественный отбор по этому генетическому компоненту изменчивости существенно ослаб.

Успехи в выхаживании новорожденных впечатляют, но вот вопрос: какое медицинское достижение с 1840 года вы назвали бы самым важным? В 2007 году British Medical Journal провел опрос среди врачей и обычных людей, задав именно этот вопрос. Дата выбрана неслучайно — первый номер журнала вышел именно в 1840 году. Так что вы ответите?

Результаты опроса многое говорят о приоритетах. Первое место меня поразило — это то, что в развитых странах давно стало обыденностью и воспринимается как данность: системы водоснабжения и канализации.

В Британии санитарная революция развивалась параллельно с пониманием механизмов распространения болезней. Переломным моментом стало расследование, которое провели доктор Джон Сноу и местный священник Генри Уайтхед во время вспышки холеры в Лондоне в 1854 году. До них господствовала миазматическая теория: холеру и чуму приписывали ядовитым испарениям и «дурному воздуху». По той же логике объясняли и малярию, отсюда и название, от итальянского mala aria — «плохой воздух».

Составив карту адресов погибших от холеры и источников их питьевой воды, Сноу и Уайтхед вышли на след убийцы — им оказалась обычная уличная водоразборная колонка. Выяснилось, что колодец пробурили слишком близко к выгребной яме соседнего дома, — в ту эпоху лондонцы либо держали собственные выгребные ямы, либо платили за вывоз отходов, которые сливались в Темзу. Роковую роль сыграл тканевый подгузник младенца, заболевшего холерой: его выбросили в яму, и холерный вибрион (ныне известный как Vibrio cholerae) проник в грунтовые воды, питавшие колонку. Решение лежало на поверхности (не то что вода в колодце): перекрыть колонку. Власти так и сделали — на следующий же день после получения доказательств.

Правда, закрытие колонки было лишь симптоматическим лечением, корень проблемы, порождавший новые вспышки холеры, оставался нетронутым. Настоящий прорыв Сноу совершил, когда проанализировал заболеваемость холерой и ее связь с источниками водоснабжения. По счастливому стечению обстоятельств лондонская система водоснабжения создавала идеальные условия для научного эксперимента. Одни поставщики воды качали ее прямо из Темзы, а она, как мы помним, одновременно служила и сточной канавой. Другие брали воду из чистых источников и фильтровали ее. Сноу обратил внимание на поразительный факт: соседние дома на одной улице могли обслуживаться разными компаниями. При этом и чистую, и грязную воду получали в равной мере богачи и бедняки, значит, экономический фактор можно было исключить. Результаты эксперимента оказались предельно ясными. В домах с чистой водой холера встречалась в 10 раз реже, чем там, где пили грязную воду. Но Сноу пошел еще дальше. Для проверки теории он изучил тюрьмы и обнаружил: стоило нанять поставщика, который доставлял чистую воду, и уже через несколько дней заболеваемость холерой резко падала. По мне, так это настоящее торжество науки. На такое способен только человеческий разум. Правда, защитники миазматической теории не собирались сдаваться и упрямо игнорировали факты. Увы, на это человеческий разум тоже способен.

В конечном счете именно внедрение канализации и водопровода спасло миллионы жизней. Однако «великое санитарное пробуждение» далеко от завершения. В бедных странах кишечные инфекции, вызванные отсутствием канализации и доступа к чистой воде, до сих пор ежегодно убивают 760 000 детей младше пяти лет — это вторая по масштабу причина детской смертности. Лидирует пневмония — 935 000 смертей в год, замыкает тройку малярия.

Как думаете, какие медицинские достижения заняли следующие места в опросе 2007 года? Серебро досталось антибиотикам — с минимальным отставанием от лидера. Бронза — у анестезии, четвертое место заняли вакцины, пятое — открытие структуры ДНК. На шестом месте оказалась микробная теория болезней, которую отстаивали Сноу в Англии, Луи Пастер во Франции и Роберт Кох в Германии. В противовес миазматической теории они доказывали, что виновники многих заболеваний — микроскопические микробы. Эта теория раскрыла истинные причины болезней, а значит, открыла путь к их лечению и профилактике. Возьмем молоко, зараженное листерией: оказалось, что бактерии Listeria monocytogenes можно убить простым нагреванием, — так родилась пастеризация.

Рейтинг медицинских прорывов и статистика детской смертности в бедных странах красноречиво говорят о том, что́ убивает людей в отсутствие современной медицины. Эти же факторы определяли, какие генетические варианты подвергались наиболее интенсивному естественному отбору, ведь отбор работает главным образом через детскую смертность, а не через болезни старости. При этом ранняя смертность редко объясняется просто «плохими генами» — дело в инфекционных заболеваниях и генетической предрасположенности к ним. И действительно, когда мы ищем в ДНК следы естественного отбора прошлых эпох, чаще всего находим их в генах устойчивости к паразитарным инфекциям. Прямое тому доказательство — серповидноклеточная анемия. Другой пример — стремительное распространение устойчивых к малярии вариантов группы крови Даффи.

Малярия наверняка не единственная инфекция, оставившая след в нашем геноме. Недавно ученые обнаружили признаки положительного отбора по гену IFITM3. Вероятно, это результат эволюционной гонки с вирусом гриппа. Другой пример — лихорадка Ласса, эндемичная для Западной Африки геморрагическая инфекция, вызываемая вирусом LASV. Анализы на антитела показывают: в Нигерии ей переболело около 20% населения, в Сьерра-Леоне и Гвинее — до 50%. И это только выжившие — болезнь тяжелая и нередко смертельная. Парадокс в том, что у 50–90% западных африканцев инфекция протекает легко или вообще бессимптомно — признак генетической устойчивости. И действительно, в ДНК жителей этих регионов обнаружены следы отбора по двум генам — LARGE и IL-21, оба связаны с восприимчивостью к вирусу Ласса. Белок LARGE модифицирует клеточный рецептор, через который вирус проникает в клетки. Роль IL-21 менее ясна, но смерть от лихорадки Ласса часто сопровождается цитокиновым штормом — тем самым, что прославил COVID, — и мутации в IL-21, возможно, снижают его вероятность. Впрочем, это пока гипотеза.

Похожая картина наблюдается и с другими региональными инфекциями, формирующими локальную устойчивость. В Бангладеш, например, следы естественного отбора обнаруживаются во множестве генов, связанных с защитой от холеры. Показательно, что первая группа крови (O) в Бангладеш встречается крайне редко, а ведь именно ее носители рискуют перенести холеру в тяжелой форме.

В большинстве стран мира отбор под давлением паразитов никуда не делся. В бедных странах до пяти лет не доживает 17,5% детей, в развитых — только 6%. Разница объясняется главным образом инфекциями и отсутствием помощи при осложнениях беременности — материнской смертностью, нелеченой преэклампсией, ранними инфекциями новорожденных. Поэтому главная задача медицины в развивающихся странах — внедрить то, что давно работает в развитом мире: канализацию, вакцины, антибиотики, качественную помощь матерям и младенцам. Многие спасительные меры удивительно дешевы. Смертность от малярии с 2000 года сократилась вдвое благодаря простой раздаче противомоскитных сеток (я включил бы их в свой список великих достижений). Пероральная регидратационная терапия при детской диарее вошла в топ-15 медицинских прорывов — за четверть века она спасла около 50 миллионов жизней, ежегодно снижая смертность более чем на 60%.

На протяжении всей нашей эволюции естественный отбор работал главным образом на развитие устойчивости к инфекциям — тем, что были наиболее распространены и убивали людей в расцвете лет. Но жители развитых стран сегодня от этого давления практически избавлены. Они умирают совсем от другого. По данным Всемирной организации здравоохранения, в развитых странах примерно 30% смертей приходится на болезни сердца, 21% — на рак, 14% — на инсульт, 8% — на хронические заболевания дыхательной системы, 7% — на насильственные причины. При этом около 14% всех смертей так или иначе связаны с курением.

Но по-настоящему шокирует статистика смертности среди всего населения (не только детей до пяти лет) бедных и развивающихся стран. Как думаете, что убивает больше всего? Туберкулез? Малярия? ВИЧ? Может, голод? Ничего подобного. По оценкам ВОЗ, из девяти миллионов смертей в 2012 году ошеломляющие 8,4 миллиона были вызваны загрязнением окружающей среды. Грязный воздух на улицах убил около 3,7 миллиона человек. Еще 4,2 миллиона погибли от вдыхания дыма кухонных печей в помещениях. Около миллиона стали жертвами химикатов, загрязненной почвы и воды. И 840 000 умерли из-за антисанитарии. Для сравнения: в том же году от малярии погибло 625 000 человек, от ВИЧ/СПИДа — 1,5 миллиона, а от туберкулеза — 930 000.

На фоне этих проблем рассуждать о редких генетических заболеваниях кажется почти неприличным. И правда, генетика, которой посвящена эта книга, не имеет никакого значения для большинства жителей планеты. Им нужна чистая вода, а не расшифровка генома. И все же генетические и инфекционные болезни часто идут рука об руку. Отбор на устойчивость к паразитам может объяснять, почему некоторые наследственные заболевания так распространены — мы это видели на примере серповидноклеточной анемии. Вот еще пример: из восьми генов, защищающих от лепры, семь связаны с риском воспалительных заболеваний кишечника. Правда, связь эта запутанная. Мутация в гене NOD2 повышает риск болезни Крона, но снижает риск язвенного колита — а ведь оба заболевания относятся к воспалительным болезням кишечника. Точно так же вариант иммунного гена ERAP2 одновременно защищает от тяжелой пневмонии и повышает предрасположенность к болезни Крона. Есть утверждения, что этот же вариант прошел мощный отбор во времена черной смерти, но эти заявления, мягко говоря, спорны.

Как бы то ни было, развитые западные страны вкладывают большие деньги в геномику. И в Великобритании, и в США запущены масштабные проекты по расшифровке геномов сотен тысяч, а то и миллионов людей с последующим сопоставлением генетических данных с их медицинскими картами. Логика проста: генетических болезней у нас множество, и, если мы выясним, какие именно мутации в каких генах их вызывают, появится шанс найти лечение.

Не сомневаюсь, что эти исследования принесут пользу, многие уже принесли. Но если вы относитесь к ним скептически, я вас понимаю: в этих проектах явно прослеживается синдром покорения Эвереста. На вопрос, зачем люди лезут на Эверест, часто отвечают: «Потому что он существует» или «Потому что мы можем». С геномикой та же история — мы можем, и точка. Расшифровка полного человеческого генома еще недавно стоила 2,7 миллиарда долларов, сегодня это рутинная процедура, стоящая 400 долларов. Цены продолжают падать: в феврале 2024 года компания Ultima Genomics представила секвенатор, позволяющий прочитать геном человека менее чем за 100 долларов. Можно также с пониманием отнестись к скепсису по поводу обещаний, которыми сопровождается каждый новый этап исследований. Первый человеческий геном собирались расшифровать, чтобы понять устройство человека и излечить все болезни. Не получилось — да и не могло получиться. Тогда нам объяснили: чтобы выполнить обещания, нужно узнать, какие гены когда работают. Потом оказалось, что нужны геномы множества людей. Затем — данные об экспрессии генов в каждом типе клеток. Я поддерживаю эти исследования, но признаю: рассвет геномной медицины затягивается. Солнце встает, но как-то уж очень неспешно.

Оглядываясь на последние 20 лет прогресса в области генетики, я часто вспоминаю анекдот о юном скауте. Бойскаут идет вечером по улице и видит, как под фонарем какой-то мужчина что-то ищет в траве. Мальчик останавливается и спрашивает: «Сэр, вы что-то потеряли?» «Ключи», — отвечает ему мужчина. Бойскаут тут же бросается ему на помощь. Теперь они вдвоем ползают на карачках под фонарем, прочесывая каждую травинку. Время идет, а ключи всё не находятся. И тут мальчик решает задать вопрос, который напрашивался изначально:

— А где вы их потеряли?

— Там, — отвечает мужчина, указывая на заросли травы вдали от фонаря.

— Так почему же вы ищете их здесь?! — недоумевает скаут.

— Ну как почему? Потому что здесь светло.

Так устроена наука — мы ищем там, где светло, а не там, где потеряли ключи. Иммунолог Питер Медавар метко назвал науку искусством решаемого. Мы беремся за то, что можем решить. Секвенировать геномы мы умеем — просто, точно, дешево. Вот и секвенируем. Хотя ответ на вопрос, как предотвратить большинство преждевременных смертей в мире, вовсе не зашифрован в нашей ДНК.

И все же не спешите со скептицизмом: открытие структуры ДНК неслучайно заняло пятое место в рейтинге прорывов. Наше понимание инфекционных болезней и способность с ними бороться напрямую связаны с технологиями секвенирования, прямыми наследниками открытия структуры ДНК. Именно благодаря расшифровке генома SARS-CoV-2 в январе 2020 года вакцину на основе последовательности шиповидного белка удалось создать за считаные недели. Те же технологии ДНК впервые раскрыли механизмы развития рака и помогли создать лекарства против некоторых его разновидностей. Например, при раке груди секвенирование выявило минимум 13 различных генетических подтипов (назовем их так за неимением лучшего термина). Для некоторых из них уже есть эффективные препараты — как «Герцептин», который работает только против тех 30% опухолей груди, где избыточно активен ген рецептора эпидермального фактора роста HER2. Мы также знаем, что мутации в генах BRCA1 и BRCA2 — частая наследственная причина рака груди. Женщина с семейной историей заболевания может сдать генетический тест и узнать свой риск, что позволит принять превентивные меры, вплоть до профилактического удаления молочных желез. Правда, для большинства это неактуально: наследственные формы составляют лишь 5% всех случаев рака груди. В основном рак развивается из-за мутаций, накопившихся в течение жизни.

Понимание того, что генетические болезни делятся на множество молекулярных подтипов, меняет правила игры: теперь мы знаем, что лекарство, спасающее одного пациента, может не помочь другому. Секвенирование миллионов геномов прокладывает дорогу к персонализированной медицине, где лечение выбирают исходя из уникальных — зачастую генетических — особенностей пациента. Герцептин здесь пионер, но пока большинство лекарств действуют по принципу «одно лекарство для всех». В этом контексте критически важная задача — научиться предотвращать нежелательные лекарственные реакции (НЛР). В Великобритании каждая 16-я госпитализация связана с осложнениями от приема медикаментов, эти больные занимают 4% всех коек. Среди госпитализированных побочные эффекты развиваются у 10–20%. И самое страшное: 2% поступивших с НЛР умирают. Вдумайтесь: люди погибают от препаратов, которые должны были их спасти.

И это я привел статистику только по самым тяжелым случаям. Большинству пациентов лекарства просто не помогают. Самые кассовые препараты США эффективны лишь для одного человека из 4. Многие вообще не ощущают никаких изменений. У других после приема препарата появляется легкое недомогание, некритичное, но ощутимое. Недаром к каждому лекарству прилагается простыня с перечислением побочных эффектов и вероятностью их возникновения.

Разная реакция людей на лекарства во многом определяется генетикой. Представьте, как было бы здорово знать заранее, что препарат вам подойдет или как минимум не навредит. И такая возможность есть. Возьмем синдром Стивенса–Джонсона и токсический эпидермальный некролиз — редкие, но страшные осложнения приема некоторых лекарств, в том числе антиретровирусных препаратов. Кожа покрывается волдырями и начинает отслаиваться пластами. Все настолько серьезно, что таких пациентов лечат в ожоговых центрах. При токсическом некролизе боль такая невыносимая, что многие молят о смерти. И часто их мольбы оказываются услышанными. Эти состояния редки, но главное — их можно предотвратить. Причем без всяких передовых технологий. Определенные варианты генов повышают риск развития этих синдромов. В азиатских популяциях такие варианты распространены шире (у 8% тайваньцев, к примеру). Тест стоит считаные доллары: выявил опасную мутацию — не назначай препарат-триггер. В 2011 году доктор Чонлафат Сукасем из бангкокской больницы Раматибоди предложил гениально простое решение: проводить скрининг на лекарственные реакции и заносить результаты в «фармакогенетическое удостоверение», фиолетовую карточку размером с кредитку, которую пациент может всегда носить с собой и при необходимости показать врачу. В Таиланде благодаря этому частота заболеваемости синдромом Стивенса–Джонсона и токсическим некролизом резко снизилась.

Иногда вопрос заключается не в том, назначать препарат или нет, а в подборе правильной дозы лекарства. Эффективность варфарина — препарата для разжижения крови — сильно зависит от уровня белка CYP450 у конкретного пациента. Подсчитано, что индивидуальный подбор дозы мог бы предотвратить 17 000 инсультов в США и избавить систему здравоохранения страны от 40 000 обращений в отделения неотложной помощи. Исследование клиники Майо подтвердило: персонализированная дозировка способствует снижению числа госпитализаций примерно на 30%.

Можно было бы долго перечислять другие прорывы генетики — взять хотя бы экспресс-диагностику метаболических болезней из второй главы. Но что от этого толку, если я не отвечу на вполне логичный вопрос: почему заря геномной медицины разгорается так медленно и что ждет нас впереди? Почему генетические болезни так упорно сопротивляются лечению?

Одна из причин — сложность. Причем сложность во всех смыслах: и в обыденном — клетки и организмы устроены невероятно сложно, — и в техническом. Генетические заболевания человека делятся на две группы: менделевские и комплексные. При менделевских болезнях все решает мутация в одном-единственном гене: есть мутация — есть болезнь. Так устроены серповидноклеточная анемия, муковисцидоз, болезнь Хантингтона: одна мутация, один ген, одна болезнь. К счастью, синдромы Стивенса–Джонсона и токсический некролиз тоже попадают в эту категорию, достаточно проверить один генетический вариант, чтобы предсказать опасную реакцию. При менделевских заболеваниях, проследив родословную семьи, можно увидеть классическую картину наследования: если у родителя одна копия гена нормальная, а другая мутантная, то мутацию унаследует ровно половина детей.

Комплексные заболевания устроены совершенно иначе, в них участвует множество генов, и у каждого есть как мутантный, так и нормальный вариант. По этой же причине их называют полигенными, что буквально означает «многогенные». Похожим образом устроены и различия в росте между людьми: они во многом определяются генетикой, но за них отвечают небольшие эффекты мутаций в нескольких сотнях, а то и тысяче генов. Так же обстоят дела со многими заболеваниями человека. За исключением болезни Хантингтона, практически все неврологические расстройства — шизофрения, биполярное расстройство, аутизм — относятся именно к таким сложным заболеваниям. К этой же категории принадлежат воспалительные заболевания кишечника вроде язвенного колита и болезни Крона, а также диабет второго типа и ревматоидный артрит. Вдобавок все эти состояния могут иметь существенные негенетические компоненты. Теперь мы знаем, например, что для развития рассеянного склероза необходимо предварительное инфицирование вирусом Эпштейна–Барр, вызывающим инфекционный мононуклеоз. Когда сочетаются факторы среды и генетическая сложность, разобраться в таких заболеваниях и найти способы их лечения становится невероятно трудно.

Но прежде чем двигаться дальше, замечу, что терминология тут довольно нелепая. Мутации в генах, отвечающих за комплексные заболевания, тоже наследуются по законам Менделя. Поэтому честнее было бы называть их простыми и комплексными заболеваниями, а не менделевскими и комплексными. Так я и буду делать.

Когда дело доходит до комплексных заболеваний, найти виновные мутации и что-то с ними сделать становится, как бы это сказать, сложно. Впрочем, технологии анализа ДНК произвели настоящую революцию в понимании таких болезней. С 2007 года бурно развивается полногеномный поиск ассоциаций, сокращенно GWAS. Принцип GWAS прост как дважды два. Набираете кучу людей, одних с интересующим вас заболеванием, других без него (это называется методом случай–контроль). Затем выясняете, какие мутации есть у представителей обеих групп. Мутации, которые лежат в основе болезни или находятся на той же хромосоме рядом с причинными, должны чаще встречаться у людей с изучаемым заболеванием. Так мы получаем корреляцию между комплексной болезнью и определенными наборами мутаций. Чем больше выборка — больше людей, больше мутаций, — тем мощнее исследование GWAS. Отсюда и стремление секвенировать сотни тысяч или даже миллионы геномов (и дело тут не только в синдроме покорения Эвереста).

К настоящему моменту проведено почти 6000 исследований GWAS, охвативших более 3000 заболеваний, но вопрос о воспроизводимости результатов остается открытым: если провести то же исследование на другой группе людей, найдем ли мы те же самые гены? Кое-какие стабильные результаты все-таки получены. Скажем, ген FTO постоянно выскакивает в исследованиях ожирения, а PTPN22 — когда изучают аутоиммунные расстройства. FTO вообще один из редчайших случаев, когда мы точно понимаем, что делает ген, как именно мутации нарушают его работу и почему это приводит к ожирению. Но тут всплывает другая загвоздка: исследования GWAS проводят в основном на белых европейцах. Можно ли переносить эти результаты на остальное человечество — вопрос, который обычно остается без ответа. Правда, сейчас ученые пытаются расширить географию и включить в исследования другие группы населения.

Допустим, благодаря GWAS мы нашли мутации, которые чаще встречаются у людей с определенными заболеваниями. Если мы хотим копнуть глубже, придется решить непростую задачу: выяснять, какие из этих мутаций действительно вызывают болезнь и каковы их функциональные последствия. Разобраться в цепочке причин и следствий бывает чертовски сложно. Бывает, например, что мутация в одном гене проявляет себя не через нарушение работы этого самого гена, а меняя транскрипцию соседнего. Впрочем, мы всё лучше понимаем, какие мутации способны нарушать экспрессию генов (то есть транскрипцию) и сплайсинг. Работа, как говорится, кипит. Но в случае подавляющего большинства «находок» GWAS мы до сих пор не имеем ни малейшего представления о том, как они работают и действительно ли являются причиной заболевания.

По сути, все это только первая фаза: понять природу болезни. Пока что именно здесь, а не в разработке лекарств, GWAS-исследования добились наибольших успехов. Это мощный инструмент для выдвижения новых проверяемых гипотез о том, как развиваются генетические заболевания. И все же результаты GWAS могут приносить вполне ощутимую пользу. Рассмотрим три конкретных случая.

GWAS в действии: новая жизнь старых препаратов

Хотя прорывных лекарств, созданных благодаря GWAS, пока кот наплакал, защитники метода справедливо указывают на его успехи в перепрофилировании существующих препаратов. Пожалуй, именно здесь GWAS принес наиболее значимые плоды. Разработка новых лекарств — дело крайне дорогое и долгое. При перепрофилировании исследователи берут препараты, уже прошедшие проверку на безопасность, и выясняют, не помогут ли они при совсем других заболеваниях. В медицине это называется применением «вне инструкции», или офф-лейбл. Для фармкомпаний это настоящая находка: можно открыть второй рынок для безопасных и эффективных лекарств или дать вторую жизнь препаратам, которые оказались безопасными, но бесполезными для изначально задуманных целей. К слову, виагра (силденафил) разрабатывалась для лечения высокого давления и стенокардии, но обнаружение любопытных побочных эффектов у многих мужчин привело к полному переосмыслению рыночной ниши препарата (с давлением она справлялась неважно).

Методы GWAS дают нам возможность глубже понять механизмы болезней, и именно здесь они могут сыграть решающую роль. Несколько удачных примеров уже накопилось. Возьмем болезнь Крона — воспалительное заболевание кишечника. Исследования GWAS раз за разом указывали на ключевую роль рецептора интерлейкина-23 (IL-23). Это белок, который располагается на мембранах клеток. Когда он встречается со своим партнером — самим интерлейкином-23 — он дает клеткам команду запустить иммунный ответ. Судя по всему, болезнь Крона развивается из-за чрезмерной активности этого иммунного ответа в кишечнике. И действительно, один из сильных сигналов GWAS исходил от мутации в гене рецептора IL-23, которая защищает от болезни Крона. Раз мутация, по-видимому, блокировала передачу сигнала, логично было бы предположить, что лекарство, мешающее взаимодействию сигнальной молекулы с рецептором, тоже может облегчить симптомы.

И тут выяснилось, что два препарата, воздействующие именно на этот механизм, уже разработаны и одобрены. Это синтетические антитела, которые цепляются к IL-23 и блокируют его связывание с рецептором IL-23. Изначально их разработали для лечения псориаза, кожного заболевания. Но после результатов GWAS ученые задались вопросом: а что, если попробовать эти препараты против болезни Крона? Недавние рандомизированные контролируемые исследования показали — да, по крайней мере один из них отлично работает. Сейчас он официально одобрен для лечения этой болезни (препарат называется устекинумаб, если кому интересно). Кстати, вряд ли случайность, что пациенты с болезнью Крона часто страдают и псориазом — за обоими заболеваниями стоит практически одна и та же генная сеть. Вообще плейотропия — когда одна мутация влияет на несколько болезней сразу — типичная находка в исследованиях GWAS.

Но не стоит думать, что описанная история — типичный сценарий. На самом деле другие попытки превратить находки GWAS в лекарства оказались не такими удачными. Исследования GWAS по гипертонии, например, указывали на неполадки с рецептором витамина D. Однако рандомизированное контролируемое исследование показало: прием витамина D особой пользы не приносит. С шизофренией тоже не все гладко — да, мы теперь гораздо лучше понимаем природу болезни, но это углубленное понимание пока не привело к революции в лечении. К слову, хлорпромазин, созданный в 1950-х годах для лечения шизофрении и прозванный психическим пенициллином, вошел в список 15 важнейших медицинских достижений. И до сих пор ничего принципиально лучше не придумали.

GWAS в действии: оценка генетических рисков

Впрочем, многие критики GWAS утверждают, что первоначальная цель метода — найти гены, ответственные за комплексные заболевания, — фактически заброшена. Вместо этого все переходят на чисто статистический подход: пытаются оценить риск развития заболевания у конкретного человека, учитывая все его генетические варианты в совокупности. Это называется полигенной оценкой риска (PRS), или оценкой генетического риска (GRS). По большому счету для таких подходов неважно, являются ли найденные мутации истинной причиной болезни, — главное, чтобы они позволяли делать прогнозы. Замысел такой: благодаря таким оценкам можно будет предупредить человека, что у него повышенный риск, скажем, сердечных заболеваний. И хочется верить, что это подтолкнет его к более здоровому образу жизни. Многие генетические компании делают серьезные ставки на то, что именно PRS станет следующим прорывом в медицине.

Однако польза от PRS — вопрос спорный. Недавно выяснилось, что полигенная оценка риска ишемической болезни сердца упустила 85% людей, у которых эта болезнь есть. А вот еще более показательные цифры: исследователи проанализировали 926 генетических оценок риска для 310 заболеваний и обнаружили, что они идентифицировали всего-навсего чуть больше 10% людей, у которых болезнь действительно разовьется. При этом у 5% людей тест дает «положительный» результат, но болезнь так и не наступает. По медицинским меркам это откровенно слабые показатели для диагностического теста. Если речь идет о сердечно-сосудистых заболеваниях, то банальный возраст пациента, как справедливо замечают критики, гораздо надежнее подскажет, пора ли выписывать статины. Так что скептики вполне обоснованно призывают людей спуститься с небес на землю и отказаться от завышенных ожиданий от PRS.

И все же в некоторых ситуациях оценка генетического риска может спасти жизнь. Рассмотрим типичную картину: мужчины за 50 часто приходят к врачу с жалобами на проблемы с мочеиспусканием. Они встают по ночам в туалет, начинают чаще туда ходить в течение дня, а напор мочи становится слишком слабым. Часто причина в относительно безобидном увеличении предстательной железы у основания мочевого пузыря. Чем больше она разрастается, тем труднее становится мочиться. Неприятно, конечно, но жизни не угрожает. Вот только у 3,5% мужчин с точно такими же симптомами в течение двух лет разовьется рак простаты. На рак простаты приходится примерно четверть всех новых случаев рака у мужчин — около 52 000 в год в Великобритании (и эта цифра растет на 4% ежегодно). При более ранней диагностике можно было бы предотвратить 10–20% смертей от этого недуга.

Исследования GWAS выявили 269 вариантов генов, связанных с риском рака простаты. На их основе можно рассчитать индивидуальную оценку риска для любого мужчины — чем больше у вас опасных мутаций, тем выше риск. Но можно ли использовать такую генетическую оценку, чтобы понять, кого из мужчин нужно срочно направить на обследование, а кто может спокойно обойтись без дополнительной диагностики? Последние данные из Великобритании внушают осторожный оптимизм. У мужчин с самыми низкими оценками риска (нижние 20%) вероятность развития рака в течение двух лет составила меньше 1%, а у тех, кто попал в верхние 20%, — уже 8,8%. Если учитывать еще и возраст пациента, этот подход оказывается точнее, чем применяемый сейчас анализ на простатический специфический антиген (ПСА). Остается открытым вопрос: не будет ли комбинация генетического тестирования с анализом на ПСА работать еще лучше?

Даже если опираться исключительно на генетические прогнозы, эффект для системы здравоохранения был бы колоссальным. В Великобритании терапевты ежегодно выписывают около 800 000 направлений на обследование по подозрению на рак простаты. Если добавить к диагностике данные PRS, примерно 320 000 мужчин могли бы спокойно избежать направления на обследование (а это и неприятные процедуры, и лишние переживания), зато 160 000 получили бы ускоренную диагностику. Но пока это все только планы. Свежий обзор всех способов применения полигенных оценок риска показал: да, перспективы есть, но реальную клиническую пользу еще предстоит доказать — пока ни один метод себя не оправдал. Будем следить за развитием событий.

GWAS в действии: выявление истинных причин болезней

Представим, что я хочу выяснить: снижает ли некое лечение — назовем его веществом X — риск развития заболевания, скажем, рака толстой кишки. Я мог бы провести наблюдательное исследование. Для этого нужно проверить, реже ли болеют раком толстой кишки люди, принимающие вещество X в качестве добавки. Допустим, выясняется, что среди принимающих добавку рак встречается реже (вещество X — плод моего воображения, так что не спрашивайте, что это за чудо-препарат). Как думаете, можно ли считать это убедительным доказательством того, что вещество X защищает от рака?

Конечно, вещество и правда может защищать от рака, но это лишь один способов интерпретации полученных мной вымышленных данных. Есть куча других. Возможно, заболевшие раком бросили принимать добавку, заподозрив в ней виновника своей болезни. Эта обратная причинность породит ту же самую корреляцию. А может, все еще проще: те, кто пьет вещество X, — это люди, помешанные на здоровом образе жизни. Они и спортом занимаются, и питаются правильно. Вполне вероятно, что их защищает от рака что-то совсем другое — скажем, отказ от красного мяса, — а вещество X тут вообще ни при чем. Все эти скрытые факторы только запутывают. Подобные головоломки с причинно-следственными связями — вечная головная боль наблюдательных эпидемиологических исследований.

Лучший способ разрубить гордиев узел причинности — провести рандомизированное контролируемое исследование (РКИ). Людей случайным образом делят на группы: одним велят принимать вещество X, другим — нет. Все остальное распределяется случайно. В группе с веществом X кто-то не ест мясо — тогда и в контрольной группе будут вегетарианцы. Если в группе вещества X рак толстой кишки встречается реже, можно уверенно говорить о причинно-следственной связи: мы устранили и искажающие факторы, и проблему обратной причинности. Именно РКИ не раз опровергали выводы наблюдательных исследований, взять хотя бы историю с витаминами или заместительной гормональной терапией.

Анализ качественно проведенных РКИ остается золотым стандартом для установления причинности, но провести такое исследование удается не всегда. Иногда это непрактично, неэтично или и то и другое сразу. Представьте: вы хотите изучить влияние алкоголя на продолжительность жизни. Не станете же вы случайным образом отбирать младенцев и предписывать одним никогда не прикасаться к спиртному, а другим — сколько именно выпивать. И вот на фоне успехов GWAS родился оригинальный подход. Идея проста: если мы знаем, что определенные мутации влияют на уровень какого-то показателя, то можем использовать законы менделевского наследования для «рандомизации» этого воздействия (то есть мутации) среди людей. Метод так и называется — менделевская рандомизация (МР).

Преимущество работы с мутациями в том, что они исключают обратную причинность. Рак толстой кишки может заставить человека отказаться от вещества X, но никакая болезнь не способна изменить ДНК, с которой вы родились. Также менделевская рандомизация устраняет искажающие факторы вроде повышенной заботы о здоровье. И в отличие от попыток вспомнить, сколько алкоголя человек выпил за всю жизнь, мутации можно определить легко и точно. Благодаря исследованиям GWAS генетические данные теперь доступны для больших, хорошо изученных групп населения — это уже рутинная практика.

Менделевская рандомизация стала популярным инструментом для поиска истинных причин болезней и проверки эффективности лечения. Показательный пример: наблюдательные исследования связывали уровень C-реактивного белка с ишемической болезнью сердца. Но есть ли здесь причинная связь? Благодаря GWAS исследователи нашли мутации, влияющие на уровень C-реактивного белка (СРБ). Затем они сравнили носителей разных вариантов — тех, у кого мутации повышают СРБ, и тех, у кого понижают. Результат: никакой связи с развитием болезней сердца. Значит, изначальная корреляция объяснялась чем-то другим. Зато тот же метод убедительно доказал другое: холестерин липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) не просто ассоциирован с болезнями сердца — он их непосредственно провоцирует.

Метод отлично подходит и для изучения того, как наше поведение влияет на здоровье. Например, наблюдательные исследования выявили связь между употреблением алкоголя и повышенным давлением. Но тут столько возможных искажений, что не разберешь: вызывает алкоголь повышенное давление или просто сопутствует ему? Ведь любители выпить часто ведут нездоровый образ жизни в целом — переедают, налегают на соленое и жирное. Полноценное РКИ здесь не проведешь. На помощь приходит ген ALDH2, мутации которого резко меняют отношение к алкоголю. Если вы получили две мутантные копии гена, вам и от рюмки спиртного станет плохо, так что алкоголь вы обходите стороной. Сравнивая носителей разных вариантов гена — «генетических трезвенников» и «генетических выпивох» — мы автоматически избавляемся от всех посторонних факторов и можем точно сказать: дело в алкоголе или в чем-то еще? Менделевская рандомизация дала четкий ответ: связь настоящая. Алкоголь действительно повышает давление.

В описанных примерах использовались мутации в одном гене, которые сильно влияют на ключевой показатель (уровень СРБ, потребление алкоголя). Но в принципе можно использовать и множественные предикторы риска, найденные через GWAS, даже если мы не знаем точно, что эти мутации напрямую вызывают изменения, — главное, чтобы они хорошо предсказывали результат. Более того, можно обратить себе на пользу тот факт, что определенный признак предсказывается множеством мутаций в разных генах. Например, нам известны девять мутаций в шести генах, связанных с уровнем ЛПНП. Мы можем присвоить каждому человеку балл — его генетически обусловленный уровень ЛПНП — на основе того, какие варианты этих шести генов он несет. Если ЛПНП действительно влияет на риск ишемической болезни сердца, то с помощью менделевской рандомизации можно рассчитать, насколько возрастает риск болезни сердца с каждой единицей повышения ЛПНП при длительном воздействии. И действительно, анализ подтверждает мощную причинно-следственную связь между уровнем ЛПНП и болезнями сердца.

Впрочем, метод не лишен изъянов. Менделевская рандомизация дает сбой, если мутация влияет на другие биологические пути, которые тоже связаны с болезнью. Что, если мутации в ALDH2 напрямую воздействуют на давление и алкоголь тут вообще ни при чем? Тогда метод привел бы нас к ложным выводам о связи алкоголя с давлением. Нужна четкая, однозначная связь между мутацией и изучаемым показателем (в нашем случае — потреблением алкоголя), без побочных эффектов. Проблема горизонтальной плейотропии — так это называется — пока не решена окончательно. Один из подходов — использовать множество мутаций в разных генах в расчете на то, что искажения уравновесятся: если мутации одного гена завышают эффект, найдутся другие, которые его занижают.

Метод GWAS переживает настоящий бум — во многом благодаря мощным инструментам исследования, — но пока рано говорить о революции в здравоохранении. Да, есть отдельные успехи: где-то прояснили причины болезни, где-то нашли новое применение старым лекарствам, где-то открыли перспективы для персонализированной медицины. Но солнце, как я уже говорил, встает медленно. Взять то же перепрофилирование лекарств: проблема в том, что у многих заболеваний нет единственной мишени, слишком уж они сложные во всех смыслах. Любопытно, что GWAS указал на путь IL-23, а потом нашелся пациент с симптомами болезни Крона, у которого она оказалась простым моногенным расстройством. Возможно, рецептор IL-23 не просто один из множества сигналов, а ключевое звено всего механизма. Пока непонятно, найдутся ли для других комплексных болезней такие же изящные решения — одногенные или хотя бы затрагивающие один биологический путь. К тому же у многих комплексных заболеваний нет единого сценария развития. Рак груди — это не одна болезнь, а целый спектр. Похожая история с преэклампсией: когда мы с коллегами изучали, какие гены активны в плацентах женщин с этим осложнением беременности, выяснилось, что это не одно заболевание, а минимум три разных состояния.

На фоне такой запутанности солнце, вероятно, быстрее взойдет над простыми болезнями, теми, где действует формула «один ген — одна болезнь». Если мы знаем проблемный ген и виновные мутации, в нашем распоряжении целый спектр терапевтических подходов, а новые могут вот-вот появиться на горизонте. Мы располагаем множеством способов противостоять естественному отбору, который обременил нас грузом мутаций.

Чтобы понять, какие у нас есть возможности, рассмотрим болезнь, которая мучает человечество тысячелетиями, — гемофилию, нарушение свертываемости крови. Еще в X веке арабский хирург аз-Захрави описывал семьи, где мальчики умирали от кровотечения после пустяковых травм. В Талмуде сказано: не делайте обрезание мальчику, если его братья умерли от осложнений этой процедуры. Сегодня мы знаем, что гемофилия — это не одна болезнь, а целая группа заболеваний. И что важно, каждая ее разновидность связана с мутацией всего в одном гене. Самая частая форма — гемофилия А — охватывает 80–90% всех случаев и встречается у одного из 5000–10 000 новорожденных мальчиков. Она возникает из-за мутаций в гене фактора VIII. Гемофилия B поражает одного из 25 000 новорожденных мальчиков и связана с геном фактора IX. Существуют и другие типы: гемофилия C (мутации в факторе XI), болезнь фон Виллебранда (мутации в гене фактора фон Виллебранда), парагемофилия (мутации в факторе V). Мы сосредоточимся на типах А и В как самых распространенных.

Важное уточнение: хотя при гемофилии затронуты разные гены, это не делает ее комплексным заболеванием. При комплексных болезнях множество генов работают сообща и каждый вариант болезни возникает из своей уникальной комбинации мутаций в разных генах. С гемофилией все иначе: каждый тип болезни вызван поломкой в одном-единственном гене, просто при разных типах гемофилии сломаны разные гены.

Всех гемофиликов объединяет одна беда: у них плохо сворачивается кровь. Когда мы получаем порез, рвутся кровеносные сосуды — трубопровод, по которому течет наша кровь. В этот момент включается система свертывания — тонко настроенный механизм, который латает пробоину в сосуде. Это как если бы водопровод в вашем доме умел сам себя чинить изнутри, стоит вам случайно пробить трубу гвоздем. Система должна быть идеально сбалансирована: не хотелось бы, чтобы кровь сворачивалась без надобности — тромбы могут закупорить сосуды в легких, например. Но когда свертывание нужно, оно должно начинаться мгновенно. Сдвинь баланс в любую сторону, и преждевременная смерть не заставит себя долго ждать.

Природа решила эту задачу элегантно: факторы свертывания постоянно циркулируют в крови, но находятся в спящем режиме. Специальные ингибиторы не дают им активироваться без причины и запустить образование тромба. Но как только сосуд повреждается, срабатывает тревога и начинается так называемый каскад свертывания. Активируется первый белок в цепи, он пробуждает второй, тот — третий, и понеслось. Отсюда и название «каскад». В итоге образуется волокнистый белок фибрин, который и затыкает пробоину. У каждого белка в каскаде есть название — большинству просто присвоили номера: фактор VIII, фактор IX. Если хотя бы одно звено каскада выпадает — например, из-за мутации в соответствующем гене — вся цепочка рушится. Результат — гемофилия.

Умеренная и тяжелая формы гемофилии чаще всего возникают у мальчиков, причем обычно это типы А или В, ведь гены факторов VIII и IX расположены на X-хромосоме. У мужчин X-хромосома только одна, поэтому достаточно одной мутантной копии любого из этих генов — и болезнь обеспечена. Женщины с мутантной копией на одной X-хромосоме и нормальной на другой остаются здоровыми (хотя иногда у них развиваются легкие формы заболевания).

Женщины-носительницы могут оставаться здоровыми, но передавать мутацию потомкам — так болезнь путешествует через поколения. И все же треть случаев гемофилии А и В — это спонтанные мутации, возникшие у самого больного. Красноречивое напоминание о том, как часто мы мутируем. Остальные получают мутацию от матерей-носительниц. Гемофилию недаром прозвали царской болезнью: в XIX–XX веках ее носительницами были многие представительницы европейских королевских семей, и половина их сыновей наследовала роковую мутацию. Британская королева Виктория передала ее двум дочерям из пяти — Алисе и Беатрисе, которые разнесли мутацию по королевским дворам Испании, Германии и России. Младший сын Виктории, принц Леопольд, герцог Олбани, болел гемофилией и умер в 30 лет после падения — простой удар головой привел к фатальному кровоизлиянию в мозг. И ему еще повезло: до появления первых методов лечения в 1960-х годах больные гемофилией в среднем доживали лишь до 11 лет. Исследование останков Романовых, расстрелянных в ходе Гражданской войны в России, выявило у них более редкий тип В — мутацию в факторе IX. Этот тип еще называют болезнью Кристмаса — по фамилии пятилетнего Стивена Кристмаса, первого описанного пациента. Забавное совпадение: статью о нем напечатали в рождественском номере British Medical Journal.

Так что же делать с гемофилией? Раз мы знаем причины, решение напрашивается само: тем, кому не хватает белка фактора VIII, дать больше фактора VIII, а тем, кому недостает фактора IX, — добавить его. Такой же подход работает при многих метаболических заболеваниях. Кстати, все человечество находится в схожем положении: у каждого из нас не работает ген GLO, и каждому нужен витамин C с пищей. Без диетической подпитки нас всех ждет цинга, тоже метаболическая болезнь. Правда, чтобы это понять, генетика не потребовалась да и уколы витамина C не нужны — хватит фруктов и овощей на столе.

Существует несколько методов лечения гемофилии. Первый — переливание плазмы от здоровых доноров (то есть от большинства людей). Но из-за риска передачи инфекций вроде вирусов этот вариант далеко не идеален. Сегодня для гемофиликов главной причиной смерти стали уже не кровотечения, а инфекции, полученные с донорской кровью, — тот же ВИЧ. Другой подход — инъекции либо лабораторных версий нужных белков, либо очищенных препаратов из донорской плазмы. Это безопаснее, но куда дороже. К тому же примерно у пятой части пациентов со временем развивается иммунная реакция на вводимые белки.

Поскольку эти белки еще и нестабильны, при умеренной и тяжелой гемофилии уколы приходится делать часто, порой даже ежедневно. При легких формах факторы свертывания вводят по необходимости — сразу после пореза, перед удалением зуба и так далее. Недавно на рынке появился синтетический аналог фактора VIII — эмицизумаб. Он частично решает проблему нестабильности: работает как оригинальный белок, но гораздо устойчивее, так что колоть его нужно раз в несколько недель.

Другой путь, открывшийся благодаря знанию генетики, — профилактика заболевания. Если мужчина болен гемофилией, его сыновья будут здоровы, ведь они наследуют от отца Y-хромосому, а не X. Дочери женщины-носительницы тоже не заболеют (хотя могут стать носительницами), а вот половине ее сыновей не повезет.

Как распорядиться этим знанием? Вариантов множество. Один из них — воспользоваться чужими генами через донорскую сперму, донорские яйцеклетки или усыновление. Другой — пренатальная диагностика. Ее проводят двумя способами: биопсия ворсин хориона (БВХ) на 10–13-й неделе беременности или амниоцентез около 15-й недели. БВХ — это забор крошечного кусочка плаценты, амниоцентез — забор околоплодных вод с плавающими в них клетками плода. Риски невелики, но есть: при БВХ вероятность выкидыша 1%, при амниоцентезе — 0,3%. Дальше семья сама решает, что делать с результатами (в пределах законодательства). Кто-то выбирает прерывание беременности, кто-то готовится к рождению особенного ребенка. Знание о том, что у сына будет гемофилия, позволяет родителям заранее подготовиться — и морально, и практически — к тому, что их ждет.

Есть и другой вариант — преимплантационная генетическая диагностика (ПГД). Она стала доступной благодаря экстракорпоральному оплодотворению (ЭКО), которое сегодня уже никого не удивляет. Яйцеклетки женщины извлекают и оплодотворяют спермой партнера в лабораторных условиях. В результате получается несколько эмбрионов — крошечных скоплений клеток. Дальше открывается интересная возможность: взять по одной клетке от каждого эмбриона и определить, есть ли у него мутация, а также выяснить пол — мужской (XY) или женский (XX). После этого женщине подсаживают только отобранные эмбрионы. Как и селективный аборт, это неестественный отбор, но зато потенциально полезный.

Разумеется, подобные технологии порождают множество этических вопросов. ПГД предполагает отбраковку части эмбрионов. Последние достижения науки позволяют нам брать отбракованные эмбрионы — те, что несут гемофилию, — и получать из них линии стволовых клеток для исследования этого заболевания. Меняет ли это вашу моральную позицию? Учитываете ли вы в своих этических расчетах, какие варианты лечения доступны мальчику, который родится с гемофилией? А если речь идет о сцепленном с X-хромосомой заболевании, которое убивает в раннем возрасте и от которого нет лекарства?

А что, если ПГД нужна для того, чтобы избавить от гемофилии не детей, а внуков? Помню случай: у отца была гемофилия, мать не была носителем. Они попросили провести ПГД, хотя было очевидно, что их дочери стали бы только носителями, а сыновья родились бы совершенно здоровыми. Родители стремились навсегда избавить свой род от этой болезни и собирались подсаживать только мужские эмбрионы. Разрешили бы вы такое, будучи медицинским регулятором? В просьбе им отказали — решили, что это скорее манипулирование частотой мутаций (читай: евгеника), а не предотвращение непосредственной угрозы здоровью. Однако угроза может возникнуть через поколение, когда у дочерей-носителей родятся сыновья. Стоит ли это учитывать?

А если добиться того же результата другим способом? Взять сперму больного гемофилией мужчины, разделить на сперматозоиды с X-хромосомой и с Y-хромосомой и использовать только Y. Или если носитель женщина, взять от здорового отца только сперматозоиды с X-хромосомой. Технология уже доступна, причем ее можно совместить с простой процедурой: у женщины происходит естественная овуляция, и ей вводят отобранную сперму. Это, бесспорно, игры с генетикой, но тут не гибнет ни один эмбрион. Меняет ли это этическую картину? Вы это одобрили бы?

С «простыми» генетическими заболеваниями — где одна мутация в одном гене вызывает болезнь — все эти вопросы заставляют поломать голову. Теперь мы можем проделывать нечто подобное и с комплексными заболеваниями. Полигенные оценки риска позволяют выбрать из нескольких ЭКО-эмбрионов тех, у кого меньше всего шансов заболеть конкретной комплексной болезнью. Правда, выбор эмбрионов всегда ограничен, поэтому метод не слишком эффективен. В Великобритании его по этой причине запретили. А вот в США разрешили: там уже появились компании, которые предлагают такие услуги. Первый ребенок, отобранный при помощи полигенной оценки риска в рамках ЭКО, родился в 2020 году.

На арену этого этического противостояния выходит новый борец. Все предыдущие методы либо минимизируют последствия болезни, восполняя недостающий белок, либо предотвращают ее с помощью искусственного отбора. Но что, если можно поступить иначе: починить сам ген или дать пациенту его рабочую версию? Добро пожаловать в дивный новый мир генной терапии, захватывающий и опасный одновременно.

Генотерапия при гемофилии заключается в следующем: заменить регулярные переливания крови, которые больному требуются всю жизнь, одной-единственной процедурой. Эта процедура дает пациенту ген, а с ним — способность производить нужный белок. Звучит просто. На деле все совсем не так — приходится преодолевать и технологические, и связанные с безопасностью барьеры. Начинается все с так называемой проблемы доставки: как доставить синтезированный в лаборатории ген в организм пациента, да еще в нужные клетки? Затем необходимо убедиться, что ген работает в нужное время и не причиняет вреда.

Путь этой области медицины можно назвать долгим и тернистым. Хотя такая формулировка не воздает должное людям, погибшим на этом пути. В программной статье 1972 года Теодор Фридманн и Ричард Роблин описали весь потенциал использования ДНК для лечения. Однако они настойчиво предостерегали от спешки и категорически возражали против любой генной терапии — во всяком случае, в обозримом будущем. Их беспокоили три вещи. Во-первых, тогда мы еще не понимали, как ДНК в клетках может перемещаться и обмениваться участками, как гены включаются и выключаются. Во-вторых, мы толком не знали, каким образом те или иные мутации вызывают болезни. В-третьих, мы понятия не имели о побочных эффектах, ни ближайших, ни отдаленных.

Через 18 лет после публикации статьи появились новости о первой успешной генотерапии. Четырехлетняя Ашанти де Сильва родилась без важнейшего фермента — аденозиндезаминазы (АДА). Без него иммунная система практически не работает. Девочку могла убить почти любая инфекция. Лечение выглядело так: взяли рабочую версию гена, встроили в модифицированный вирус и ввели этот вирус в ее клетки. Вирусные «векторы» используют часто, ведь вирусы за миллионы лет эволюции научились проникать в наши клетки. История закончилась успехом. Де Сильва выжила и смогла жить нормальной жизнью.

Энтузиазм, как нетрудно догадаться, зашкаливал. Но радость была преждевременной. Девять лет спустя, в 1999 году, генная терапия, призванная лечить, убила первого пациента прямо во время клинических испытаний. Восемнадцатилетний юноша с мутацией, из-за которой его печень не могла расщеплять аммиак — он накапливался в крови, — умер всего через несколько дней после введения аденовирусного вектора (похожего на вирус простуды) с нормальной версией гена. Его организм ответил на вирусный вектор мощнейшей иммунной реакцией, которая оказалась смертельной. В 2006 году умерли трое из 20 пациентов, проходивших генную терапию сцепленного с X-хромосомой тяжелого комбинированного иммунодефицита. Тогда ДНК вводили в клетки кроветворной системы. Но в нескольких случаях ген встроился в ДНК пациентов так неудачно, что нарушил работу другого гена — LMO2, — и это, судя по всему, спровоцировало рак. Узнав об этом, руководители испытания попросили французские власти прекратить исследование. Они просто не осознавали всех рисков.

Эти неудачи породили серьезную переоценку ценностей, что нисколько не удивительно. Не слишком ли мы поторопились с генотерапией? Не упустили ли мы из виду возможные осложнения, о которых предупреждали Фридманн и Роблин?

И все же, несмотря на неудачи, эта область возродилась. Сейчас в мире идет почти 3000 клинических испытаний генной терапии, а FDA США рассчитывает в 2025 году одобрить от 10 до 20 генных препаратов [2]. Одну из главных проблем — иммунную реакцию на сам вектор — удалось в значительной степени решить. Новыми звездами стали аденоассоциированные вирусы (ААВ). Они выглядят довольно безопасными и обеспечивают долгосрочную работу нужного гена. Но стоило мне написать эти слова, как появилось сообщение о смерти двух детей от острой печеночной недостаточности после генной терапии спинальной мышечной атрофии препаратом «Золгенсма», где использовался ААВ-вектор с прицелом на печень. Печеночная недостаточность — известный побочный эффект лечения, встречающийся примерно у трети пациентов.

Первыми, кому помогла генотерапия, стали люди с наследственной слепотой. Глаз — замкнутая система, поэтому работать с ним гораздо безопаснее, чем со многими другими тканями. Можно ввести вирус с геном в заднюю камеру глаза, и он там и останется. Это делает терапию намного безопаснее, что привлекает разработчиков лекарств. В 2018 году в Европе одобрили «Лукстурну» для лечения наследственной слепоты, вызванной мутациями в гене RPE65. Из-за них светочувствительные клетки постепенно гибнут. Когда этим клеткам дали «правильную» версию гена, зрение начало улучшаться уже через 30 дней после инъекции. Тогда это был самый дорогой препарат в мире — за курс лечения пришлось бы заплатить 850 000 долларов.

Без слез, конечно, на цену не взглянешь. Высокая стоимость лечения стала еще одним препятствием для развития генотерапии. В 2012 году в ЕС одобрили генную терапию редкого заболевания — дефицита липопротеинлипазы. Но препарат стоил миллион евро, и его назначили всего одному пациенту, поэтому в 2017 году производитель отозвал лекарство с рынка. Производить такие лекарства просто невыгодно. Даже если теоретически генотерапию можно применить для лечения любого редкого моногенного заболевания, неясно, окупятся ли когда-нибудь затраты, ведь каждое из них встречается крайне редко. Логично предположить, что производство средств от более распространенных заболеваний вроде серповидноклеточной анемии и муковисцидоза экономически выгоднее для фармкомпаний.

Думаю, вас не удивит, что генную терапию уже разрабатывают и для гемофилии A, и для гемофилии B. В 2022 году Европейское агентство лекарственных средств выдало условное разрешение на продажу «Роктавиана» — препарата против гемофилии A. Правда, подходит он не всем. Поскольку это ААВ-вектор, у пациентов не должно быть антител к вирусному вектору, иначе не избежать тяжелейших иммунных реакций. Кроме того, у некоторых больных выработался иммунный ответ на фактор VIII — им препарат тоже противопоказан. Суть лечения такова: вектор доставляет ген в печень, и пациент начинает производить собственный фактор VIII. Спустя два года после лечения частота кровотечений снижается на 85%, а 128 из 134 пациентов-мужчин перестают нуждаться в заместительной терапии. В качестве побочного эффекта возможно повреждение печени, но его можно контролировать кортикостероидами.

Похожие достижения есть и с гемофилией B. В конце 2022 года американская FDA одобрила «Хемдженикс» (также известный как этранакоген дезапарвовек) в качестве лекарства от гемофилии B, курс лечения стоит всего 3,5 миллиона долларов. Копия гена фактора IX упакована во все тот же аденоассоциированный вирусный вектор, который отправляется в печень. В исследовании с 54 пациентами уровень фактора IX достиг почти 40% от среднего «нормального» показателя, который и сам варьируется от 50% до 150% нормы. Сорок процентов — это уже легкая гемофилия. Лечение действительно привело к снижению потребности в заместительных инфузиях, а эпизоды кровотечений сократились более чем вдвое. В другом испытании практически все пациенты (94%) полностью избавились от необходимости в инфузиях.

Но не все так радужно. У пациентов наблюдались побочные эффекты: гриппоподобные симптомы, усталость, общее недомогание. Да и помогло лечение не всем. У одних пациентов уровень рос едва заметно (5–10% от нормы), зато у других превышал средние нормальные значения. Почему такой разброс — загадка. И как в случае с терапией фактором VIII, препарат подходит не всем — особенно он противопоказан пациентам с ингибиторами к фактору IX.

«Хемдженикс» не единственный препарат против гемофилии B. Есть еще LT180a — тоже ААВ-вектор, нацеленный на печень и несущий фактор IX. Результаты ранних испытаний, опубликованные в 2022 году, показывают хорошую переносимость этого лекарства, правда, пациентам приходится давать иммуносупрессоры для подавления иммунной реакции. Спустя полгода уровень фактора IX вырос у девяти из 10 пациентов, однако побочные эффекты в той или иной форме возникли у всех.

А как насчет серповидноклеточной болезни? При этом заболевании тяжелая форма развивается у носителей двух копий мутантного гена — идеальный кандидат для генотерапии. Здесь используют несколько иной подход. Напомню: болезнь вызвана единственной мутацией в гене бета-глобина. Интересно, что во внутриутробном периоде мы производим не бета-глобин, а родственный белок — гамма-глобин. По мере развития ген BCL11A отключает гамма-глобин, и мы переключаемся на бета-глобин. А что, если снова включить фетальный гамма-глобин, снизив уровень BCL11A или заблокировав его репрессорное действие? Повысится ли уровень гамма-глобина настолько, чтобы компенсировать дефектный бета-глобин? С помощью технологий редактирования генов CRISPR (о которых шла речь в шестой главе) исследователи удалили участок ДНК, служащий «выключателем» для BCL11A в предшественниках клеток крови. В результате у пациентов действительно начал вырабатываться гамма-глобин. Клинические испытания недавно завершились, и препарат «Касгеви» в конце 2023 года одобрили в Великобритании и США (в ЕС — в начале 2024 года). Это означает, что лекарство эффективно и безопасно, но необязательно окупится. Весной 2024 года правительство Великобритании не рекомендовало финансировать его производство для лечения серповидноклеточной болезни из-за высокой стоимости (в США — более двух миллионов долларов за курс лечения). Однако уже в августе 2024 года власти страны одобрили ограниченное финансирование «Касгеви» для лечения другого заболевания — трансфузионно-зависимой бета-талассемии. При этой болезни тоже возникает дефект в гене бета-глобина, и пациентам — как ясно из названия — требуются постоянные переливания крови (каждые три–пять недель). В ходе ранних испытаний больше 90% больных бета-талассемией обходились без переливаний минимум год после лечения.

«Лифгения» — еще один препарат генной терапии, одобренный FDA в декабре 2023 года. Здесь используется более «классический» подход: вирусный вектор несет модифицированную версию бета-глобина, которая противодействует серповидности. Правда, на упаковке есть предупреждение в «черной рамке» — оно сообщает, что у нескольких пациентов после терапии возник рак крови.

Можно не сомневаться, что генотерапия в том или ином виде станет спасением для людей с моногенными заболеваниями. Но давайте кое-что проясним: речь идет о лечении только самого пациента. Это называется соматической терапией, и детям пациента она ничего не даст, они не получат «исправленных» генов. Совсем другое дело — терапия зародышевой линии. Тут речь о корректировке генов прямо в эмбрионах ЭКО. И вот в чем принципиальная разница: при соматической терапии мы лечим конкретного человека и только его, а люди, выросшие из отредактированных эмбрионов, передадут исправленные гены своим детям, внукам и так далее. Терапия зародышевой линии — это уже игра с генофондом человечества.

И все же, несмотря на серьезнейшие этические проблемы подобного лечения, кое-кто уже решился на такой шаг. В ноябре 2018 года — прямо накануне Международного саммита по редактированию генома человека — исследователь Хэ Цзянькуй выложил на YouTube видео, в котором заявил, что с помощью технологии CRISPR отредактировал несколько эмбрионов, зачатых от ВИЧ-инфицированных отцов. Он также сообщил о рождении близнецов (им дали имена Лулу и Нана) с измененной версией гена CCR5. Существует определенный вариант мутации этого гена (CCR5-delta 32), который защищает от ВИЧ, — именно его и пытались воссоздать при редактировании эмбрионов. Важный момент: речь шла о редактировании гена, то есть изменении уже существующего гена, а не о введении совершенно нового. Но и то и другое относится к генотерапии.

Реакция на это заявление прекрасно показала, как легко генотерапия может обернуться полным хаосом. Китайские СМИ поначалу с гордостью трубили о великом научном прорыве. Попробуйте сейчас найти эти заголовки в Google — не получится: их быстренько подчистили. А в научном сообществе разразился настоящий скандал. И дело не только в завесе секретности вокруг работы Хэ, проблем было куда больше. Большинство ученых считает, что ВИЧ-инфекция сегодня — недостаточно серьезное заболевание, чтобы оправдать генетические манипуляции с эмбрионами. Существуют четкие критерии для подобных вмешательств, и главный из них — наличие «серьезной медицинской проблемы, не имеющей альтернативного решения». Под эти критерии подпадают лишь несколько заболеваний: болезнь Хантингтона, муковисцидоз и болезнь Тея–Сакса — возможно, к ним добавят семейную форму болезни Альцгеймера. ВИЧ в этот список не входит, для него существуют эффективные методы лечения. Но Хэ думал иначе и, судя по документам, считал свою работу «более значимой, чем открытие ЭКО».

Как бы то ни было, практически все специалисты сходятся в одном: технология попросту не готова, даже если отбросить все этические вопросы. У CRISPR есть неприятная особенность — он воздействует не только на нужный ген, но и на другие участки ДНК, вызывая непредсказуемые нецелевые эффекты. Как тут можно гарантировать принцип «не навреди»? Более того, когда химический коктейль CRISPR вводят в несколько клеток, не все они реагируют одинаково — какие-то изменяются, какие-то нет, и изменения у всех разные. Хэ работал с эмбрионами на одноклеточной стадии, но есть данные, что некоторые эффекты проявились уже после деления клеток. В результате эмбрион может превратиться в мозаику из разных клеток, и ребенок все равно останется уязвимым к ВИЧ. Но даже если бы удалось избежать нецелевых эффектов, мутация CCR5 влияет не только на устойчивость к ВИЧ. Она затрагивает и работу мозга — у мышей с выключенным геном улучшается память, а люди с такой мутацией быстрее восстанавливаются после инсульта. Вся ирония ситуации в том, что сразу после выступления Хэ на конгрессе следующий докладчик рассказывал о том, каким должен быть путь к терапии зародышевой линии, почему мы к ней еще не готовы и какие препятствия предстоит преодолеть.

Хэ попал в список «Новаторов» среди 100 самых влиятельных людей года по версии журнала Time. Но вместо Нобелевской премии (на которую он, судя по документам, рассчитывал) его ждали увольнение и три года тюрьмы. Какие выводы можно сделать из этой истории? Многие считают Хэ ученым-одиночкой, ослепленным тщеславием, а его эксперименты — безответственными, преждевременными и опасными. Сто двадцать два китайских ученых назвали его работу безумием и заявили, что она нанесла серьезный удар как по развитию науки в Китае, так и по ее международной репутации. Другие, впрочем, видят в нем жертвенного агнца. Сегодня терапия зародышевой линии запрещена более чем в 70 странах. Но ходят слухи, что кое-где эксперименты продолжаются.

Даже соматическая терапия заставляет задуматься: а не играем ли мы с огнем? Некоторые методы генотерапии предполагают встраивание новой ДНК прямо в геном пациента. С препаратом «Хемдженикс» дело обстоит иначе, но есть альтернативные подходы, где терапевтический ген помещают в вектор, который не только доставляет ген в клетку, но и встраивает его в ДНК пациента. Система с поэтичным названием «Спящая красавица» — как раз такой переносчик, и сейчас ее активно исследуют как способ лечения гемофилии. Тут есть о чем беспокоиться. Возвращаясь к изначальным опасениям: достаточно ли хорошо мы понимаем устройство генома, чтобы судить о безопасности таких вмешательств? Несколько пациентов погибли именно из-за встраивания терапевтического гена при лечении X-сцепленного тяжелого комбинированного иммунодефицита, это стало настоящим холодным душем для всех. Первые попытки генной терапии строились на довольно смелых допущениях: что 90% ДНК, скорее всего, не несет никаких функций, что гены будут встраиваться в случайные места и что работа одного гена вряд ли повлияет на другие. Из всего этого делался вывод, что встраивание генов не создаст проблем.

Все эти допущения оказались под большим вопросом. Теперь мы знаем: когда в геном встраивается новый ген, на него часто влияют соседние гены да и сам он может повлиять на своих соседей. Генная терапия оказалась в ловушке: с одной стороны, встроенный ген должен активно работать (транскрибироваться), с другой, его работа не должна нарушать функции соседних генов. В свете таких проблем ученые заговорили о так называемых геномных безопасных гаванях. Это гипотетические участки ДНК, куда можно было бы встроить ген без риска повлиять на соседей, спровоцировать рак или вызвать другие нежелательные последствия. «Спящая красавица» привлекает исследователей именно потому, что обычно не встраивается рядом с генами, в отличие от многих вирусных векторов, которые так и норовят пристроиться поближе к активным генам. Ученых беспокоит другое: встраивание происходит даже тогда, когда векторы специально сконструированы так, чтобы вообще не встраиваться в геном. Это ставит под сомнение безопасность любых методов генной терапии — и тех, что предполагают встраивание, и тех, что его исключают.

Когда клетки извлекают из организма для генной модификации в лаборатории, а потом возвращают обратно — как при некоторых видах генной терапии с клетками крови, — теоретически можно проверить каждую клетку на безопасность. Сейчас уже стандартной практикой стало следить, чтобы ни одна клетка не делилась активнее остальных, ведь такие «суперклетки» легко могут переродиться в раковые. А в случаях, когда вирусный вектор вводят напрямую и он направляется в печень — как при лечении гемофилии, — стоит задуматься, какие векторы безопаснее и с большей вероятностью попадут именно в безопасные гавани. Можно также попытаться усовершенствовать сами векторы, встроив в них участки ДНК, которые будут блокировать воздействие на соседние гены.

Как же должна выглядеть эта безопасная гавань? Ученые пытаются сформулировать критерии безопасного места для встраивания — например, оно должно находиться не ближе определенного расстояния от ближайшего гена. По сути, мы пытаемся найти участки ДНК, которые считаем функционально бесполезными. А что, если мы ошибаемся? Что, если вся эта «лишняя» ДНК на самом деле выполняет функции, которых мы пока не понимаем? Определение безопасной гавани уже не раз меняли с момента первой формулировки: стало очевидно, что мы многого не знаем. Совсем недавно, в 2020 году, новый ген, встроенный с помощью лентивирусного вектора — а его-то как раз считали наименее опасным — вызвал рак почти у 10% подопытных мышей. В феврале 2021 года пришлось приостановить испытания генной терапии серповидноклеточной анемии: у двух пациентов развился острый миелоидный лейкоз. Связано ли это с терапией, пока неясно.

Но давайте спросим прямо: достаточно ли хорошо мы понимаем устройство генома, чтобы определить, куда можно безопасно встроить новый ген? Некоторые интроны после сплайсинга могут регулировать работу других генов. Что, если мы встроим новый ген именно в такой интрон? А может, часть этой «бесполезной» ДНК все-таки нужна — например, для поддержания структуры хромосом? Многие участки генома производят некодирующие транскрипты, которые быстро эволюционируют, — это говорит о том, что их последовательность не находится под давлением отбора. Но что, если отбору подвергается не продукт, а сам процесс транскрипции? Может, именно поэтому клетка производит массу транскриптов, которые тут же отправляются в утиль?

Придумать гипотезу можно для чего угодно. Если что-то существует, мы можем объяснить, почему оно появилось и для чего нужно. Точно так же можно создать гипотезу, которая докажет, почему чего-то не существует. Само по себе построение гипотез — это просто упражнения в изобретательности, не более того. Важно другое: есть ли у нас причины думать, что мы чего-то не понимаем?

Так мы возвращаемся к исходному вопросу: как эволюционирует наш геном? Данные подтверждают мою мысль: раздутые геномы забиты мусором, от которого мы не можем избавиться, потому что в малых популяциях естественный отбор работает неэффективно. Но остается одна большая загадка: что же тогда объясняет сложность организмов? При всей нелепости наших генов и генома что-то ведь должно объяснять, откуда у нас столько типов клеток — а это наш лучший показатель сложности. Дело в некодирующих РНК? Или в тех «обрезках пленки», которые вырезаются при сплайсинге, но не участвуют в создании белков? А может, в разнообразии сплайс-форм? Одно мы знаем точно: не все в геноме — хлам.

Малый размер популяции и слабый отбор объясняют, почему наши интроны длиннее мышиных, но в целом мы до сих пор не понимаем, откуда берется сложность организмов. И выяснить это непросто: виды с малыми популяциями — люди, слоны и др. — обычно устроены сложнее, чем виды с огромными популяциями — мухи, бактерии, дрожжи. Из-за этого крайне трудно отделить истинные причины сложности от простых последствий случайности. Наш геном такой запутанный потому, что мы сами сложно устроены? Или это неизбежный результат малой численности популяции, которая ослабляет действие отбора? Какая доля нашей ДНК выполняет реальные функции, вопрос до сих пор спорный. Дополнительную путаницу вносит смещенная генная конверсия: она искажает результаты многих методов анализа. Она оставляет в ДНК следы — например, замедленную эволюцию, — которые выглядят точь-в-точь как результат естественного отбора.

Стоит ли рискованно экспериментировать со встраиванием генов, если мы до конца не понимаем, как устроен наш геном? Можно попробовать компромиссный вариант: проводить генную терапию без встраивания — просто доставлять ДНК в клетки. Но и тут есть опасения: ген, который не должен встраиваться в хромосомы, может это сделать самовольно. Аденоассоциированные вирусы вроде бы не должны встраивать свой груз в ДНК, но исследования на животных показывают: они это делают. Меня это тревожит. Скажу прямо: я изучаю геномы много лет, и в общих чертах картина мне ясна. Наш геном такой огромный и раздутый главным образом потому, что в малых популяциях отбор работает слабо и неэффективно. Но если бы вы показали мне конкретное место, куда встроился терапевтический ген в моей ДНК, и спросили, считаю ли я его безопасным, я занервничал бы. Не думаю, что смог бы с уверенностью ответить, безопасна эта гавань или нет. Мой совет: действовать нужно крайне осторожно.

2. План реализуется: в 2025 и 2026 годах FDA США одобряет различные новые генные препараты для лечения тяжелых наследственных, онкологических и редких заболеваний. — Прим. ред.