Постижения, допринесли за напредък в медицината, бяха почетени тази година де факто с две Нобелови награди – за физиология или медицина, и за химия.
На 5 октомври американците Харви Олтър и Чарлз Райс, и британецът Майкъл Хоутън спечелиха Нобелова награда за физиология или медицина за откриването на вируса на хепатит С. „Техните открития направиха възможно разработването на кръвни тестове и нови медикаменти, благодарение на които са спасени милиони човешки животи“, се казва в изявлението на Нобеловия комитет в Каролинския медицински институт в Стокхолм.
На 7 октомври французойката Еманюел Шарпентие и американката Дженифър Даудна спечелиха Нобеловата награда за химия за създаването на молекулярния комплекс CRISPR-Cas9, за редактиране на ДНК на животни, растения и микроорганизми с изключително висока точност. „Приложението на т. нар. „генетична ножица“ предизвика истинска революция в редица области, включително в търсенето на авангардни терапии на рака и за лечението на наследствени заболявания“, се казва в съобщението на Нобеловия комитет в Шведската кралска академия на науките.
Дългият и криволичещ път до идентифицирането на вируса на хепатит С
Така е озаглавил своя публикация един от новите лауреати – Майкъл Хоутън ( Journal of hepatology, 2009). Голямо постижение по този път е откриването на т. нар. „австралийски антиген“ (HBsAg) и на вируса на хепатит В от американския учен Барух Блумбърг, донесло му Нобеловата награда за физиология или медицина през 1976 г. Неговият рожден ден – 28 юли, се отбелязва като Световен ден за борба с хепатита.
„Днес отново имаме повод да празнуваме – втора Нобелова награда за изследвания на хепатита, този път на хепатит С – доказателство за големия прогрес, постигнат през последните десетилетия“, пише изданието The conversation и предлага свидетелство от първо лице на лекар от Хонконг: „Когато започнах медицинската си кариера в началото на 80-те години на миналия век, избрах да се фокусирам върху хепатит В, отчасти защото беше много разпространен, а и защото вирусът на хепатит С все още не беше открит. Сблъсквах се с тежките последици, предизвикани от този вирус – цироза, чернодробна недостатъчност, рак, както и с липсата на терапия. Още тогава учените знаеха, че има и друг тип хепатит, но едва ли можех да си представя, че в течение на моя професионален живот ще стана свидетел на откриването на неговия причинител и на разработването впоследствие на успешна терапия за почти всички пациенти с хроничен хепатит С“.
Едва ли има развитие в съвременната медицина, което да представлява такава история на успеха, обобщиха колеги на новите Нобелови лауреати.
Харви Олтър е част от екипа на Барух Блумбърг, открил „австралийския антиген“, а в по-нататъшните си проучвания успява да докаже, че въпреки изключването на съдържащата HBsAg донорска кръв, случаите на заразяване с хепатит при кръвопреливане продължават с честота от 3.7 на 1000 преливания (Annals of Internal Medicine, 1972). В друго проучване Олтър доказва, че причинителят не е хепатит А, за който междувременно е наличен доказателствен тест (New England Journal of Medicine, 1975). Проучване върху трансфузионно обусловени инфекции при пациенти, преживели сърдечни операции, води до заключението, че става дума за нов, неизвестен причинител, наречен от Олтър Не-А, Не-В хепатит (NANBH — non‐A, non‐B hepatitis), (Lancet, 1975). Три години по-късно Харви Олтър успява да докаже предаването на болестта от кръвта на пациент с хроничен Не-А, Не-В хепатит на шимпанзе, което е единственият животински вид, боледуващ от хепатит С (Lancet, 1978).
До идентифицирането на причинителя и определянето на последователността на неговия геном обаче изминава още едно десетилетие и това се отдава през 1989 г. на екипа на втория Нобелов лауреат – Майкъл Хоутън. В един много трудоемък процес, в който една на милиони проби се оказва успешна, ДНК фрагменти от кръвта на инфектирано шимпанзе са индивидуално клонирани и експресирани в бактериофаги, а впоследствие протеините са проследени обратно до определен ген. В резултат в кръвта на пациент с не-A, не-B хепатит е открит антиген на новия вирус (Science, 1989). Това отваря пътя за създаването на серологичен тест за антитела, който е изпробван успешно при пациенти от Япония, Италия и САЩ. В последващите години този тест допринася за по-голяма безопасност в трансфузионната хематология – честотата на заразяване при кръвопреливане рязко спада до 1,1%, а след усъвършенстването на метода в началото на 90-те години – до едно на 2 млн. кръвопреливания. По този начин научният принос на Майкъл Хоутън е помогнал за опазването на живота на милиони по света.
Третият Нобелов лауреат - Чарлз Райс от Вашингтонския университет в Сейнт Луис, 8 години по-късно успява експериментално да докаже, че новият вирус е в състояние да причини хепатит С (Science, 1997). Именно в лабораторията на Райс започва тестването на медикаменти с директно действие срещу вируса. През 2014 г. FDA дава разрешение за употреба на революционна терапия – комбинация от две лекарства, които инхибират репликацията на вируса. Приеман веднъж дневно под формата на таблетка в продължение на 8 – 12 седмици, медикаментът вдига процента на излекуване от хепатит С до 90- 95 на сто.
Резултатите от работата на тримата учени са допринесли за почти пълната победа над опасното заболяване в развитите страни и подхранват надеждата, че този успех ще се разпростре и върху останалия свят. Важна стъпка до ерадикацията на заболяването, което според СЗО трябва да се случи до 2030 г., е създаването на ваксина срещу хепатит С, каквато е налична за хепатит А и В. Новите Нобелови лауреати и техните екипи в момента работят върху това предизвикателство.
Пренаписване на кода на живота
Така поетично се изразява Нобеловият комитет по химия относно възможностите за редактиране на генома с помощта на CRISPR-Cas9. Най-високото отличие бе присъдено на изобретателите на този метод – Еманюел Шарпентие, микробиолог, ръководител на Центъра по наука на патогените в Института „Макс Планк“ и професор в Хумболтовия университет в Берлин, и на Дженифър Даудна, професор по биохимия в Калифорнийския университет, Бъркли.
CRISPR-Cas, абревиатура от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (групирани, равномерно разпределени кратки палиндромни повторения) и CRISPR-associated протеин е метод в молекулярната биология, при който две РНК молекули насочват ензима Cas да среже ДНК на точно определено място. С помощта на този метод може да бъде редактиран геномът на всеки организъм, при което могат да бъдат добавяни или премахвани определени гени, да бъде променяна тяхната активност и дори да бъдат манипулирани нуклеотидите в самия ген.
Механизмът съществува в природата като част от защитната система на много бактерии срещу инвазията на вируси. Изучавайки бактерията Streptococcus pyogenes (със съвсем друга научна цел – изследване на механизма на антибиотичната резистентност) Еманюел Шарпентие и нейният екип откриват нова РНК молекула – tracrRNA и доказват, че тя играе роля за задействането на механизма CRISPR-Cas. Резултатът е докладван през март 2011 г. в публикация в сп. Nature, която предизвиква голям научен интерес и има над 2000 цитирания. Скоро след това Шарпентие предлага сътрудничество на биохимика Дженифър Даудна и през 2012 г. те публикуват в сп. Science резултата от съвместната си работа. Те описват механизма, по който CRISPR-Cas9 прецизно се насочва за срез на дефектен сегмент на ДНК, както и предлагат ръководство за използване на метода като универсален генетичен инструмент за модифициране на генома. Откритието предизвиква истинска революция – раждат се нови индустрии за създаване на лекарства и прицелни терапии в онкологията и наследствените заболявания, някои от които са във фаза на клинични изпитвания, открива се широко поле за действие в аграрния сектор по създаването на нови сортове, устойчиви на климатичните промени, и за борба с вредителите, включително с комарите, пренасящи малария, денга, жълта треска и Зика.
Бързото развитие на технологията изпреварва регулациите в тази област и има значителен експлозивен потенциал в областта на биоетиката. Шок сред научната общност предизвика съобщението преди две години на китайски учен за раждането на две близначки от ембриони, редактирани с помощта на CRISPR- Cas9. Преди месец международен панел, включващ представители на водещи американски и британски научни дружества, отново стигна до заключението, че технологията не е готова за използване в предназначени за имплантиране човешки ембриони.
Извън научната стойност има още много интересни моменти около тазгодишната Нобелова награда за химия. За открития, свързани с медицината, Нобеловият комитет си дава повече време, за да оцени дългосрочния ефект. Споменатите по-горе откриватели на вируса на хепатит С трябваше да изчакат между 20 и 30 години, за да получат най-високото признание. От откритието на Шарпентие и Даудна са изминали само 8 години. „По-бърза“ Нобелова награда са получили единствено Фредерик Бантинг и Джон Маклеод през 1923 г., само три години след откриването на инсулина. По-краткият период се смята за доказателство за значимостта на съответното откритие.
Тазгодишните лауреати са единственият изцяло женски екип в цялата история на Нобеловите награди. Само 5 жени са Нобелови лауреати по химия, сред тях е Мария Кюри, отличена през 1911 г. за откриването на два нови елемента – полоний и радий. Дженифър Даудна е изтъкнат учен с новаторско мислене – типичен представител на Калифорнийския университет, Бъркли, дал на света над 100 Нобелови лауреати. Еманюел Шарпентие е истински космополит – тя е работила в 10 различни научни институции в 5 страни. „През последните 25 години съм живяла в 13 различни жилища. Родителите ми се шегуват, че продължавам да живея като студент“, казва тя.
Появиха се спекулации, че именно заради политическата коректност от списъка с наградените е изпаднал друг изтъкнат изследовател на CRISPR-Cas9 – Фън Джан от Broad Institute в Кембридж, Масачузетс. Със своите изследвания почти по същото време с Шарпентие и Даудна той прави възможно приложението на метода и в човешки клетки. Съперничеството между тримата продължава и на юридическо ниво – в САЩ патентът върху метода бе присъден на Фън Джан, а в Европа – на Шарпентие и Даудна.
Най-интересният момент за нас обаче е, че има и българско участие в тазгодишните Нобелови награди за химия. Още в първата си благодарствена реч след обявяването на наградата Еманюел Шарпентие заяви: „В този момент си спомням за колегите от предишния ми екип, особено за Елица Делчева и Кшищоф Чилински, които съществено допринесоха за разгадаването на механизма на CRISPR-Cas в бактериите“. От предишно интервю на Шарпентие разбираме, че българката, която тогава е следвала магистратура в Университета във Виена, има решаващ принос в най-важния „еврика“ момент, случил се в един летен ден на 2009 г.:
„От дълго време изследвахме молекули на РНК, които играят важна роля в бактериите Streptococcus pyogenes. Попаднахме на нова молекула – tracrRNA. Имах усещането, че тя е важна за бактериите, но колегите от екипа не бяха особено ентусиазирани експериментално да тестват това предположение. Бяхме на път да се преместим от Виена в Умео, Швеция, и никой не искаше да се захване с „още една луда идея“. Само Елица Делчева доброволно предложи да направи експеримента, който доказа, че системата CRISPR на Streptococcus pyogenes не може да бъде активирана, ако липсва tracrRNA. В 8 вечерта Делчева ми се обади, за да ми каже, че експериментът е успешен. Бях много щастлива в този момент“, разказва Еманюел Шарпентие.
Именно Елица Делчева е водещ автор на забележителната публикация в сп. Nature през март 2011 г.: „CRISPR RNA maturation by trans-encoded small RNA and host factor RNase III. Deltcheva E, Chylinski K, Sharma CM, Gonzales K, Chao Y, Pirzada ZA, Eckert MR, Vogel J, Charpentier E. Nature, 2011″.
Днес Елица Делчева е част от екипа на Департамента за изследване на рака в друг престижен научен център – University College, Лондон.
Големите открития в съвременната наука са резултат от отделните постижения на много хора, казва Филип Хорват, друг изследовател на CRISPR: „Малко имена ще бъдат запомнени накрая, но много повече са тези, които са допринесли по съществен начин за това развитие“.
Според Фьодор Урнов, който е автор на по-раншен метод за генно редактиране, „това е най-заслужената Нобелова награда през последните 20 години“. С откритието на Даудна и Шарпентие можем да променяме света към по-добро“, казва той и отбелязва, че с метода CRISPR-Cas9 вече е излекуван пациент със сърповидноклетъчна анемия. „ХХI век ще бъде ерата на CRISPR – благодарение на Дженифър и Еманюел“.
