«Генетика не может существовать без эпигенетики». Интервью с биологом Сергеем Киселевым

Что такое эпигенетика и почему она не менее важна, чем генетика? Как эпигенетические факторы влияют на отдельный организм и на целую популяцию? Можно ли управлять этими факторами? Какие имеются разработки в этой области в нашей стране? Об этом рассказывает Сергей Львович Киселев, доктор биологических наук, заведующий лабораторией эпигенетики ИОГен РАН.

— Наше прошлое общение состоялось в 2021 г. в разгар пандемии COVID-19. Мы тогда обсуждали, уничтожит ли онлайн-жизнь человечество как социум. Мне казалось, что даже после окончания пандемии наша жизнь во многом останется в режиме онлайн. Так оно и случилось. Как вы считаете, человечество не умерло как социум?

— Мы все-таки рассматриваем достаточно короткий промежуток времени — всего несколько лет, но тем не менее сегодня уже есть тенденция возвращения в офлайн для живого общения. Это заметно даже среди офисных работников — там все чаще требуется присутствие. Хотя, конечно, развитие цифровых технологий, скорости нашей жизни способствуют тому, чтобы оставалось только виртуальное общение. Честно говоря, я остаюсь при своем мнении: общение, социализация очень важны. Вероятно, это менее актуально для молодых людей, но возрастным людям именно контактная социализация исключительно важна для поддержания в норме мозговой деятельности. Это нужно для того, чтобы долголетие было полным, здоровым. Средство от болезни Паркинсона — танцы. Как танцевать, не социализируясь?

— Вы руководите лабораторией эпигенетики, которую сами же и создали. Почему вы считаете, что эта лаборатория имеет такое принципиальное значение?

— Изначально лаборатория называлась «Генетические основы клеточных технологий», и это передает суть экспериментальной работы, которая у нас ведется, но исключительно важно знать эпигенетику. Она диктует судьбу клетки: как ей развиваться, в какой момент, как находить свою специализацию, как оставаться в этом специализированном состоянии.

— Сам термин «эпигенетика» появился не так давно. Многие знают, что такое генетика, но мало кто представляет себе, что такое эпигенетика.

— Термин появился примерно в то же самое время, что и генетика. Другое дело, что была менделевская генетика, которую мы сегодня и называем генетикой, — тогда такого названия не было. Оба термина — «генетика» и «эпигенетика» — возникли в ХХ в., причем эпигенетика возникла на два десятилетия позже генетики. Эпигенетика была введена, чтобы определять, каким образом генетика взаимодействует с окружающей средой. Генетика не может существовать вне окружения, которое на нас влияет. Это влияние, как и генетические и эпигенетические факторы, наследуется. Но есть отличие: генетические мутации закрепляются на многие поколения, тогда как эпигенетические изменения временны и могут исчезнуть при изменении внешних условий. Правда, недавние исследования показывают, что эпигенетические изменения сохраняются у человека и через несколько поколений. Исследование конца 2025 г. выявило, что эпигенетические метки, возникшие у людей после пережитых резни 1980 г. и репрессий Сирийской революции 2011 г., передаются от бабушек до внуков.

— А что это за метки и как вы их определяете?

— Как я сказал, сама молекула ДНК, которая служит носителем генетической информации, и генетический текст, находящийся внутри этой молекулы, не подвергаются изменениям. Но возникают некие химические модификации оснований, которые заставляют нас читать этот генетический текст по-другому. Как пример — известная фраза: «Казнить нельзя помиловать». Если вся фраза — это буквы генетического текста, то тут ничего не меняется. Но от того, как мы расставим знаки препинания, изменится эпигенетический подтекст, полностью меняющий смысл генетического текста, и это сохраняется в поколениях.

— Можем ли мы сказать, что у этих людей в структуре ДНК зашит страх?

— С достоверностью мы этого сказать не можем — нужны полногеномные исследования, вовлекающие достаточно большое количество людей, а они стали осуществимы только в последнее время. Хорошо, что сохранились материалы 1980-х гг., отражающие опыт бабушек. В тот период они были беременны и подвергались насилию, что оставило отпечаток как на них самих, так и на их еще не рожденных детях. Конечно, эти метки со временем теряются, но они сохраняются как минимум в трех поколениях. Исследования тут противоречивы. Одно время считалось, что определенные гены или генетические последовательности могут быть ассоциированы с насилием. Но это предположение не учитывало роль эпигенетики, которая может вносить больший вклад. Чтобы понять масштаб этого вклада, надо проследить судьбу этих детей: кем они станут, в какое окружение попадут, будет ли это окружение доброе или агрессивное, как проявятся эти маркеры, которые у них до сих пор остаются? Мы только в самом начале пути, и для получения более достоверных выводов потребуется еще около 20 лет.

— Часто можно услышать, что люди, пережившие период сталинских репрессий в нашей стране, на генетическом уровне передали страх своим потомкам. Правда ли, что все подвержены этому наследуемому страху?

— Таких исследований проведено не было, но вполне возможно, что наличествует и эпигенетический фактор. Однако в большей степени это фактор социокультурный. Известный пример: во время Второй мировой войны 1945 г. в Нидерландах был голод, и от него умерли примерно 20 тыс. человек; так вот, дети, которых вынашивали в этот период, потом страдали ожирением и нервными расстройствами. Причем генетически они были абсолютно нормальны — это тоже был вклад эпигенетики.

— Ваша лаборатория занимается исследованиями нейродегенеративных заболеваний. Расскажите об этом.

— Это сейчас стало достаточно актуальной проблемой во всем мире в связи с увеличением продолжительности жизни. В сфере нашего интереса было несколько патологий. В частности, наиболее хорошо изучена болезнь Гентингтона, или хорея Гентингтона.

— Не все знают, что это такое.

— Она известна еще как пляска святого Витта. Причина в том, что существует ген гентингтин, который связан с данным заболеванием. В общем-то, все мы немного подвержены этой патологии, поскольку в упомянутом гене есть определенный участок, где несколько раз повторен один и тот же генетический код. Если у человека до 35 этих повторов, то эта болезнь прижизненно не наблюдается, а если, например, 37, то уже есть проявления болезни: отмирание определенных нейронов головного мозга, соответственно, теряется очень многих функций организма. От количества этих повторов зависит скорость развития заболевания: при небольшом их количестве повторов это может быть 5–7 лет, но бывает и весьма скоротечное развитие недуга, приводящее к гибели в основном из-за невозможности дыхания.

— Каковы результаты вашего исследования?

— Мы решили создать модель этой патологии в лаборатории. Для этого мы применили достаточно известную технологию репрограммирования клеток. Дело в том, что, когда происходит манифестация заболевания, обычно уже много нейронов головного мозга умерло. А когда именно начинает развиваться болезнь, неизвестно. Мы взяли у пациентов с болезнью Гентингтона, которые несли мутации в этом гене, клетки крови и кожи, которые были нам доступны, и репрограммировали их в лабораторных условиях до так называемого плюрипотентного состояния. Это состояние очень раннего эмбриона, примерно пятидневного, и как раз на этой стадии клетки могут очень эффективно поддерживаться и размножаться в лаборатории. Следующим шагом стала разработка протокола, содержавшего сведения о том, как направить эти клетки в нейроны — то есть заставить эпигенетические механизмы работать так, чтобы эмбриональные клетки стали специализированными нейронами, подверженными дегенерации. Мы разработали такой протокол и стали изучать, чем отличаются нормальные нейроны, полученные от здорового человека, от тех, которые мы получили от пациентов.

— Сколько времени ушло на такое исследование?

— Примерно полгода. Это очень маленький срок. Тем не менее даже на этом сроке мы увидели различие между нормой и патологией внутри клетки по разным параметрам. Мы не видели только одного: у нас они не гибли.

— А почему они не гибли?

— Потому что надо было ждать. Но нам же недоступна такая роскошь — ждать три десятка лет, чтобы они погибли. Поэтому мы использовали трюк — искусственное старение.

Мы добавили определенные вещества из нейронов, которые получены от здорового человека, к тем, что получены от пациента с болезнью Гентингтона. И увидели разницу: нейроны здорового человека тоже погибали, но те, которые были получены от больных, умирали в несколько раз быстрее. Но мы пошли дальше: решили подобрать специфические последовательности на молекулу рибонуклеиновой кислоты — РНК этого гена, посредника между самим геном ДНК и белком. Когда она присутствует в цитоплазме и происходит синтез белка, РНК образует определенные глобулы. Мы решили определить, что отличает нормальную РНК от глобулы патологической РНК с геном Гентингтона. Мы проанализировали их химические вещества и посмотрели, как это работает. Так мы поняли, почему и когда начинается патология, и даже подобрали несколько потенциальных терапевтических средств.

— Что можно сделать с помощью этих средств? Они уже где-то начали использоваться?

— Конкретно эти — нет, хотя одно из них было запатентовано. Сейчас этим занимается одна из фармкомпаний, она его продвигает, но мы ничего больше не знаем — это коммерческая тайна.

— У вас были еще интересные разработки в области офтальмологии. Расскажите об этом.

— К нам обратилась семья, членам которой был поставлен диагноз «болезнь Штаргардта», когда происходит потеря зрения даже в молодом возрасте. Мы стали заниматься этой семьей, изучать, почему может происходить подобная деградация. Наша идеология тогда была такой: мы возьмем их материал, репрограммируем до эмбрионального состояния с помощью технологий геномного редактирования. Далее исправим генетическую мутацию, поскольку умели дифференцировать, направим эпигенетически в пигментный эпителий ретины, и этот пигментный эпителий можно будет трансплантировать с исправленной мутацией…

— И таким образом научитесь лечить людей?

— Да. Но первая трудность, с которой мы столкнулись, — не смогли найти у них мутации в тех генах, которые наиболее часто описаны для болезни Штаргардта. Мы пытались обнаружить, но ни один из известных генов нам не попался. Мы потратили много времени и все-таки обнаружили мутацию, но в совершенно другом гене, и с этим геном связана другая патология. Потратили очень много усилий — и в конце концов, с помощью CRISPR-Cas, который тогда уже появился…

— Метод, за который была получена Нобелевская премия.

— Совершенно верно. Так вот, с его помощью мы провели геномное редактирование этого гена. Однако к тому времени стали известны результаты клинических исследований в мире, связанных с лечением другого заболевания — амавроза Лебера, когда происходит деградация той же самой части сетчатки. У нас это исследование заняло лет пять-шесть, мы были ограничены финансово, но сделали все, что возможно. Схожий случай у нас был с лечением моногенного диабета, когда мы тоже взяли образец клеток, репрограммировали, исправили мутацию в гене инсулина, показали, что идет нормальная секреция. Для этого пациента были готовы клетки, чтобы можно было трансплантировать и восстанавливать функцию. Но для того чтобы сделать следующий шаг — провести даже доклинические исследования, — нужны время и принципиально другие средства.

— Почему при репрограммировании клеток вы используете РНК, а не вирусы, как другие исследователи?

— Начинали мы именно с вирусов. Синъя Яманака, создавший эту технологию, поделился своими лентивирусами, с которыми мы и проводили модификации. Оказалось, что это репрограммирование существует. Я в него не верил, если честно.

— Почему?

— Казалось, это алхимия — как из свинца сделать золото. Сейчас, например, нет проблем сделать из свинца золото, только это стоит денег, чтобы столько энергии закачать в ускоритель. Тут была похожая ситуация: пока своими руками не пощупал, не верил, что это возможно. С другой стороны, я понял, что подобное репрограммирование с помощью РНК намного более натурально —  как возвращение к нулю, когда сильно дифференцированные клетки попадают в недифференцированную клетку. В конце концов, в нашем организме они присутствуют в виде клеток зародышевого пути, то есть они остаются. Поэтому теоретически такое возможно. Но это сегодняшние рассуждения, а тогда я не верил. Однако все получилось удачно, и тогда же мы стали пытаться репрограммировать с помощью РНК и даже подали на патент.

— Наверняка на этом пути не все было гладко?

— Мы столкнулись с большими трудностями, потому что у любой клетки возникает врожденный иммунный ответ на РНК — они гибнут. И только спустя четыре года появились некие белковые молекулы, предложенные не нами, а другими исследователями. Они блокировали иммунный ответ, и репрограммирование с помощью РНК пошло хорошо.

— Но в чем тут преимущество?

— Вирус точно встраивается в геном, причем встраивается неизвестно куда. Значит, он может что-то нарушить, ведь мы повреждаем целостность генома. Если мы потом хотим использовать в терапии производные этих клеток, то повышаются риски негативных последствий. Внутри этого вируса находятся гены репрограммирования, транскрипционные факторы, которые в принципе должны при репрограммировании замолкать. Но когда мы их дифференцируем, когда эпигенетически направим в какую-то другую сторону, они опять могут заработать, и в результате тоже могут быть негативные последствия.

— В нашей стране успешно разрабатываются вакцины с использованием вирусов. А по вашим словам, могут быть какие-то негативные последствия. Сразу становится страшно.

— То, что разрабатываются противоопухолевые вирусы, — это очень хорошо. Такие вирусы должны встраиваться в опухолевую клетку, и она гибнет. Это не должно пугать: эти вирусы не могут встроиться в геном.

— А в случае вирусов Яманаки использовались живые вирусы?

— Они тоже были лишены возможности вырезаться и размножаться, но тем не менее они встраивались и нарушали геном, а мы хотим геном вылечить. Не надо бояться ни вакцин, ни онколитических вирусов. Это в основном те, которые даже не интегрируются в геном, им это не нужно.

— Вы говорили о подавлении функций иммунной системы. Это не опасно?

— Не всей иммунной системы, а иммунной системы клетки — той, которая репрограммируется. Мы не говорим о репрограммировании целого организма. Более того, это временное подавление врожденного иммунитета для того, чтобы клетка прошла стадию репрограммирования. Потом это снимается. Но чем хороша в этом случае молекула рибонуклеиновой кислоты: среднее время ее жизни — час, полчаса, полтора. Очень короткое. Она никуда не встраивается, полностью исчезает, потому что ее разрезают, уничтожают различные рибонуклеазы, нацеленные на нее. Это нормальная система клеточного оборота, потому что РНК у нас — промежуточный посланник между ДНК, которая существует вечно, и белком, поэтому клетка регулирует сама, нужна ли ей долгоживущая РНК. В этом очень большой плюс репрограммирования с помощью РНК.

— Известно, что вы создали большое количество различных коллекций стволовых клеток человека. Расскажите, что это такое и для чего они нужны.

— Как я сказал, мы интересовались различными патологиями — и нейродегенеративными, и эндокринными, и целым рядом других, связанных с болезнями зрения. Мы брали у пациентов с их разрешения, информированного согласия, биологический материал, чтобы провести репрограммирование, получить плюрипотентные стволовые клетки и в дальнейшем с ним работать. Брали кровь либо в некоторых случаях небольшие кусочки кожи — меньше 1 мм, потом эти клетки репрограммировали и закладывали на хранение. Эти клетки лежат в жидком азоте при температуре −150 °C. Но мы работаем только с небольшим количеством патологий.

— Но они же могут храниться длительное время, и эту работу могут продолжить ваши ученики.

— Считается, что даже бесконечно долго. Например, рекорд хранения эмбриона — по-моему, 30 лет. А эмбрион — это 100 клеток на стадии бластоцисты. Эмбрион подсадили, и вот родился человечек — все замечательно.

— Звучит как фантастика.

— Абсолютная.

— У вас за спиной стоит книга «Редактируя человечество». Нас действительно ожидает такое будущее, где мы будем отредактированы?

— Если честно, меня такое будущее уже точно не ожидает. Вряд ли это получится сделать. Думаю, в ближайшие обозримые годы такого не будет, потому что существует очень немного реальных заболеваний, которые нуждаются в редактировании. Хотя можно привести совершенно фантастический пример 2025 г. В США родился малыш с мутацией, которая дает продолжительность жизни не более четырех месяцев. Очень тяжелая патология, ничего нельзя сделать. За пару недель ученые создали персональную CRISPR-Cas-систему для этого заболевания, ввели ему, попало в какой-то не очень большой процент клеток, но тем не менее этого оказалось достаточно, чтобы он продолжил жить дальше. Сообщено было через полгода после того, как он родился, я не знаю, последуют ли другие случаи. Другое дело, что в части клеток его мутацию исправили, но в клетках его зародышевого пути, в его половых клетках, которые он дальше будет передавать по наследству, эта смертельная мутация все равно содержится. Но тут уже можно регулировать это совершенно другими технологиями, которыми мы овладели: можно устранять это в клетках зародышевого пути, можно отбирать эмбрионы на стадии ЭКО и трансплантировать только нормальные, в которых этой мутации не будет. Надо научиться работать! Хороший пример — клонирование, когда было показано, что мыши, клонированные последовательно 26 раз, рождались совершенно неотличимыми от контрольных мышек, нормальные, здоровые. Так что повторюсь: надо просто научиться работать с этим.  

— И тогда что? Мы научимся клонировать человека? Надо ли это?

— В 99,9% случаев в этом нет необходимости, это бессмысленно. Если это рассматривать только как помощь родителям, которые хотят возродить своего погибшего ребенка… Это отдельный медицинский случай, специальный консилиум. Клонировать ради органов совершенно бессмысленно, потому что это рождение индивидуума, надо подождать, когда он вырастет, пока орган достигнет нужных размеров… Это неэтично. Сейчас идут эксперименты, и я уверен, что более перспективный вариант — гуманизированная свинья. С помощью системы геномного редактирования в клетку свиньи внесли около 70 генетических изменений, оставив часть генов свиньи и некоторые гены человека для совместимости, и потом прибегли к технологии клонирования животных. Я считаю, что это будет одной из основных клеточных технологий. Вот уже порядка 10–12 пациентов получили от свиней гуманизированную почку. Пока самый долгий случай, когда подобная почка была в человеке, — девять месяцев. Все-таки есть проблема с отторжением. Но это не отменяет перспектив.  

Было сообщение, что в Китае свиней клонируют без участия человека, с помощью искусственного интеллекта. Это можно делать достаточно быстро.

— Есть ли для вас какие-то запретные темы в области генетического редактирования? Что, вы считаете, делать в принципе нельзя?

— Я считаю, что нужно уметь делать все, — никаких запретов тут быть не может.

— Но тогда возникает соблазн — если мы это умеем, то даже если вы считаете, что этого делать не надо, кто-то сочтет, что надо.

— А если кто-то сочтет, то он все равно это сделает. Мы можем законодательно запретить заниматься геномным редактированием на уровне эмбриона — и что дальше? Во всем мире или в половине мира, где нет такого строгого запрета, это будет делаться. Насчет запрета я вам так скажу: вспомним историю Хэ Цзянькуя (китайский ученый, проводивший эксперименты с генетически отредактированными эмбрионами. — Примеч. ред.), который был арестован, но потом освобожден, и сейчас он продолжает свои опыты.

На самом деле люди осознают, что сегодня массово мы к этому не готовы. Но если мы не будем уметь это делать, то проиграем. А уже как это отрегулировать — следующий вопрос. Ведь когда Резерфорд открыл распад ядра, стало понятно, что кто-нибудь когда-нибудь где-нибудь все равно сделает бомбу. Но кто-то закажет реактор и будет заниматься наукой. И то и другое неизбежно и неотвратимо.