ПРЕДСТАВЬТЕ НА СЕКУНДУ, что вы превратились в бактерию и проникаете внутрь своего тела. Может быть, сперва начнем ползать по вашей коже, а затем проникнем через один из самых грязных и микробных проходов, например, через нос или рот. После этого мы проскользнем в горло и попадем в желудок. В желудке мы можем ненадолго задержаться, осматривая достопримечательности, чтобы продолжить путь через кишечник. На своем пути к бесславному выходу мы встретим всех других дружелюбных и недружелюбных обитателей вашего тела. Кто из них наиболее полезен для вас, а кто может быть опасен? И можно ли заставить их работать на вас?
Мы добились огромных успехов в изучении крошечных организмов, которые живут внутри нас, — науки о микробиоме. Мы понимаем всю степень их влияния на наше здоровье и самочувствие и начинаем разрабатывать новые способы работы с ними. Как оказалось, микроорганизмы могут не просто жить вместе с нами. Их правильное использование может стать ключом к лечению целого ряда сложных проблем со здоровьем.
Таким образом, мы возвращаемся в ваше тело в виде сконструированного микроба, живого лекарства. Но на этот раз, теперь у нас есть конкретная цель, а не просто путешествие от входа к выходу. Мы чувствуем, куда идти, реагируем на любые изменения в окружающей среде и нацеливаемся на потенциальную кризисную зону, например, на белок, связанный с раком. Благодаря этой целенаправленной, адаптируемой природе живые организмы могут быть использованы для лечения таких сложных заболеваний, как опухоли или нарушения обмена веществ. Такое использование способно радикально изменить наши представления о медицине.
Укрепление природы
Когда люди думают о медицине, они часто замечают дихотомию между лекарственными препаратами и народными средствами. Предпочтение одной из сторон может даже стать самоидентификацией: с одной стороны, вы найдете людей, которые принимают таблетки от любой боли, а с другой стороны, вы найдете тех, кто будет пробовать только лечение на основе корней или трав. Однако для большинства людей характерна золотая середина. В действительности, это отражение того, как эти две категории пересекаются в реальном мире. Подобно тому, как аспирин получил свое название и целебные свойства от целебного кустарника Spirea ulmaria, многие фармацевтические решения получены из растений и природных методов лечения. С другой стороны, поскольку многие дополнительные лекарства добываются и обрабатываются в лаборатории, человеческая инженерия значительно облегчает применение природных методов лечения.
В синтетической биологии это видимое различие еще больше запутывается, поскольку она использует природный мир для создания индивидуальных лабораторных методов лечения. Данная технология объединяет биологию и инженерию для изменения элементов природного мира в интересах здоровья человека. «Живые лекарства» (организмы, реагирующие на условия в организме для лечения заболеваний) создаются путем редактирования бактерий, клеток и даже грибов.
Целесообразно думать об этой технологии как об эволюции старых методов расширения наших тел и лечения болезней с помощью живых организмов: трансплантации и вакцин. При пересадке органа в организм помещается новая живая система. При трансплантации кала в кишечнике может появиться живая экосистема микробов, которая вытеснит инфекцию Clostridium difficile, восстановив здоровый баланс бактерий. С помощью вакцин в организм вводятся ослабленные вирусы, чтобы обучить иммунную систему бороться с патогенами. Генно-инженерные микробы — это следующий шаг в модификации живых существ, будь то кишечные бактерии, заменяющие недостающие метаболические пути, или иммунные клетки с новыми функциями, направленными против рака.
Тренировка организма
Вакцины косвенным образом тренируют иммунную систему, в то время как живые лекарства предназначены для ее непосредственной инженерии. Подобный сдвиг можно увидеть на примере новой методики лечения рака с использованием химерных антигенных рецепторов Т-клеток организма, или CAR T-клеток (англ. chimeric antigen receptor). Такие клетки, являясь одним из основных участников реакции иммунной системы организма, ищут специфические белки на патогенах и уничтожают их. Эти особые клетки добываются при CAR T-клеточной терапии в крови больного раком (или иногда в крови пациента-донора). Затем клетки выводятся из организма, модифицируются для обнаружения белка, специфичного для раковых клеток, и в конечном итоге возвращаются в организм пациента для поиска и уничтожения злокачественной опухоли. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (англ. Food and Drug Administration, FDA) уже одобрила данный метод лечения для применения при двух видах рака — в частности, при В-клеточной Неходжкинской лимфоме у взрослых и детском остром лимфобластном лейкозе.
Все больше узнавая о взаимосвязи между микробиомом кишечника и здоровьем организма, между метаболизмом и мозгом, мы открываем новые задачи для этих генно-инженерных микробов.
CAR T-клеточная терапия может оказаться полезной и при других заболеваниях, так как способна усилить ответ иммунной системы без некоторых ограничений, присущих вакцине. Если пациент болен, вакцины не очень эффективны, так как ослабленная иммунная система может сопротивляться обучению. CAR T-клеточная терапия может дополнить иммунную систему организма, предлагая новый способ обойти этот тупик.
В соответствии с аналогичным методом и логикой, сконструированные бактерии могут быть использованы для лечения метаболических заболеваний. Их можно рассматривать как эволюцию пробиотиков, «хороших» бактерий, таких как штаммы Lactobacillus, часто встречающиеся в йогурте. Синтетическая биология может превратить общие «хорошие бактерии» в программируемых, целенаправленных борцов с болезнями.
В настоящее время биотехнологическая компания Synlogic из Кембриджа проводит клинические испытания бактерий, которые лечат болезнь Феллинга — редкое нарушение обмена веществ. У людей с этим заболеванием отсутствует фермент, расщепляющий аминокислоту фенилаланин, в результате чего они вынуждены ограничивать количество белка в своем рационе или рискуют серьезно пострадать. Компания Synlogic сконструировала бактерию, которая расщепляет эту аминокислоту, позволяя пациентам питаться так, как они хотят, и жить без постоянного беспокойства.
При помощи воздействия на кишечник можно бороться с огромным количеством заболеваний. По мере того, как мы узнаем больше о взаимосвязи между микробиомом кишечника и здоровьем организма, между метаболизмом и мозгом, мы открываем новые задачи для этих генно-инженерных микробов.
Уход за садом
Хотя главное преимущество живых препаратов заключается в том, что они обладают живой силой и способностью к адаптации, обратная сторона заключается в том, что их становится труднее контролировать. Если кто-то ухаживал за садом, то знает, что достичь баланса между растениями, которые вы хотите выращивать, и растениями, которые вы не хотите выращивать, бывает непросто. Подобно тому, как сорняки способны прорастать, а желаемые растения могут занимать доминирующее положение в саду, эти новые живые препараты могут подавить другие штаммы в микробиоме. Крайне важно сконструировать эти бактерии так, чтобы они не поселились в организме надолго и не стали его частью или не передали измененные гены другим бактериям в кишечнике.
И это, не говоря уже о потенциальной стоимости таких методов лечения. В качестве специализированного лечения, созданного индивидуально для пациента, проблемой, несомненно, станет затраты на производство. В научной статье о CAR T-клеточной терапии говорится о непомерно высокой стоимости лечения, особенно если оно окажется безуспешным. «Хотя у трех из пяти пациентов рак остался или возобновился», — пишут они, — «на самом деле всем пациентам придется заплатить за препарат 373 000 долларов». Возможно, ситуация изменится, если удастся разработать методы лечения, которые будут работать в более широком масштабе для более общей группы людей. Если же лечение придется подбирать индивидуально, то стоимость будет оставаться непомерно высокой даже в системе здравоохранения с резко завышенными ценами.
Иными словами, живые лекарства несут те же риски, что и любые другие новые медицинские изобретения, включая потенциальные побочные эффекты и высокую стоимость, но зато награда за них неизмеримо выше. Тот факт, что CAR-T-терапия доказала свою эффективность в борьбе с конкретными видами рака, дает основания надеяться, что ее можно будет применять и для лечения других видов рака и иммунных заболеваний. Возможно, это станет следующим рубежом на нашем пути к самопознанию в самом буквальном смысле этого слова.
