Дополнения к Итогам обсуждения научной повестки ФНТП развития генетических технологий на 2019-2027 годы

в рамках открытого заседания Президиума Российской ассоциации содействия науке, 7 декабря 2018

Оглавление
1. Предложения в области медицинских исследований и возможных клинических применений
2. Предложения по фундаментальным исследованиям в рамках программы и по созданию новых инструментов редактирования
3. Предложения в части создания инфраструктуры для реализации программы

•  1. Предложения в области медицинских исследований и возможных клинических применений

М.Н. Карагяур, с.н.с.; П.И. Макаревич, зав. лабораторией., Институт регенеративной медицины МНОЦ МГУ имени М. В. Ломоносова:
Существующая более 30 лет генная терапия стала одной из наиболее интересных и перспективных областей клинического применения методов, разработанных на основе фундаментальных механизмов переноса и коррекции генетической информации. Учеными МГУ совместно с ведущими медицинскими научными организациями (НМИЦ Кардиологии, ЦИТО им. Приорова и др.) было созданы 8 уникальных генотерапевтических препаратов на основе плазмидных векторов. Их предназначение – создание локальной продукции факторов роста, стимулирующих ангиогенез, нейрогенез и регенерацию ткани. Данная задача не может быть успешно решена введением рекомбинантных белков, а вирусные векторы зачастую обладают высокой токсичностью и иммуногенностью, поэтому скорее применимы для коррекции наследственных заболеваний или модификации клеток ex vivo.
Нами были успешно разработаны плазмидные препараты для лечения ишемии конечностей (с генами VEGF, Ang-1, HGF, uPA), травмы периферического нерва (с генами BDNF, uPA) и токсического цирроза печени (гены HGF, uPA). Все препараты успешно прошли доклинические исследования, а наиболее перспективные – I и II фазы клинических исследований эффективности. На этапе разработки находятся генотерапевтические препараты для коррекции аутоиммунных состояний (фрагмент антитела (scFv) к CD25).
Таким образом, целесообразно введение в проекте отдельного блока задач по направлению «Генная терапия», куда частично входят и методы, связанные с редактированием генома с помощью системы CRISPR/Cas9, о которой речь пойдет ниже.
К наиболее перспективным задачам в этой области относятся:

• Создание и оптимизация нового поколения генотерапевтических препаратов на основе плазмидных векторов (как уникальных, так и одобренных регуляторами), кодирующих несколько генов для одновременной доставки в ткани.
• Ликвидация отставания России в области дизайна и производства вирусных векторов, необходимых для развития генной терапии, — лентивирусов, адено-ассоциированных вирусов и др.
• Создание в России лаборатории или центра оценки биобезопасности генотерапевтических препаратов, которая может быть востребована как отечественными разработчиками, так и фармацевтическими компаниями, планирующими регистрацию генотерапевтических препаратов в России.
• В рамках развития кадрового потенциала отечественной науки в области генной терапии целесообразным представляется создание программ постдипломного образования для специалистов фармацевтического и врачебного профиля для повышения уровня их подготовки в области генной терапии, методов редактирования генома, разработки их клинического применения и оценки безопасности

Таким образом, в проект предлагается внести в явном виде задачи и индикаторы (например, 5-10 технологий), посвященные развитию направления генной терапии в целом, не ограничиваясь  редактированием генома, так как основой его успешного использования являются методы доставки генетической информации в ткани и клетки, без разработки которых Программа может иметь ограниченный потенциал.3. Предложения по фундаментальным исследованиям в рамках программы и по созданию новых инструментов редактирования/

2. Предложения по фундаментальным исследованиям в рамках программы и по созданию новых инструментов редактирования

М.Н. Карагяур, с.н.с.; А.Ю. Ефименко, зав. лабораторией., Институт регенеративной медицины МНОЦ МГУ имени М. В. Ломоносова:
Актуальной задачей является преодоление проблемы низкой эффективности геномного редактирования первичных и плохо подверженных трансдукции клеток, связанной, в первую очередь, с затруднением проникновения компонентов системы CRISPR/Cas9 через мембрану клеток, что ограничивает возможности создания клеточных и животных моделей. Поэтому для эффективного создания таких моделей необходимо оптимизировать существующие или создавать новые подходы доставки компонентов системы CRISPR/Cas9 в целевые клетки. Следует также учитывать, что на эти процессы оказывает влияние выраженная гетерогенность первичных клеток, механизмы которой активно изучаются в МГУ имени М.В. Ломоносова (Факультет фундаментальной медицины и Медицинский-научно-образовательный центр). Такие исследования необходимы для разработки методов получения гомогенных по степени геномной модификации клеточных линий на основе биоматериала пациентов с различными заболеваниями.

М.В. Иванченко, директор Междисциплинарного центра здорового старения и активного долголетия, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, профессор, зав. кафедрой прикладной математики; К. Франчески, научный руководитель Центра, почетный профессор Болонского университета:
Значительный рост ожидаемой продолжительности жизни в РФ в последние годы, с одной стороны, и демографическая яма 90-х годов с другой, создают условия резкого старения населения – проблеме, которая для многих стран стоит на повестке дня уже сейчас, и в ближайшее десятилетие будет только обостряться. Увеличение продолжительности жизни сопряжено с возрастными заболеваниями и гериартрическими синдромами, а здоровое активное долголетие остается трудно достижимой целью. Мировой опыт показывает, что большинство стран не готовы к подобной демографической революции, которая оказывает глубокое и многогранное влияние на количество трудоспособного населения, пенсионное обеспечение, образование, транспорт, медицину и здравоохранение.
Указ Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г. N 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» постановляет обеспечить:

• a) устойчивый естественный рост численности населения Российской Федерации;
• b) повышение ожидаемой продолжительности жизни до 78 лет (к 2030 г — до 80 лет) и повышение ожидаемой продолжительности здоровой жизни до 67 лет.

Старение населения и отдельных людей – чрезвычайно сложный процесс, результат взаимного влияния генетики, биологии человека и окружающих его факторов, таких как семья, общество, место и страна проживания. Таким образом, требуются интегративные исследования и решения, сочетающие биологические, социологические, психологические, культурологические, антропологические и экологические аспекты старения.
Аналогичные соображения справедливы и для основных биологических факторов старения и связанных с ним заболеваний/синдромов, в первую очередь, геномных. Генетические различия в факторах риска и защитных факторах – результат как долгосрочных, так и недавних процессов адаптации/селекции по отношению к местным особенностям: климату, пищевому рациону, патогенам. Эпистатическое взаимодействие ядерной, митохондриальной и ДНК микробиоты, а также  эпигенетические модификации (полногеномный профиль метилирования ДНК, изменение структуры хроматина) также несут отпечаток влияния окружающих факторов (питания, физической активности, эмоциональных и физиологических стрессов). Все перечисленные выше факторы отличаются высокой специфичностью к географическому местоположению, не только страны, но и региона, особенно для РФ.
Нашей задачей является сбор и анализ многомерных мульти-омных данных, сопряженных с окружающими факторами.  Именно сейчас методы анализа Больших Данных, в том числе, с использованием искусственного интеллекта, предоставляют уникальную возможность совершить прорыв в поиске многофакторных биомаркеров статуса старения, ранней персонализированной диагностики возрастных заболеваний и синдромов, терапевтических подходов.

3. Предложения в части создания инфраструктуры для реализации программы

М.Н. Карагяур, с.н.с.; А.Ю. Ефименко, зав. лабораторией., Институт регенеративной медицины МНОЦ МГУ имени М. В. Ломоносова:
С инфраструктурной точки зрения можно выделить два ключевых направления:

• Консолидация биологических коллекций и информационных ресурсов, необходимых для реализации программы
  1. Крайне важными условиями успешного развития науки являются доступность информационных и технических средств, а также координация проводимых исследований. С развитием генных технологий в РФ количество событий редактирования генов и геномов будет только расти, и для каталогизации, сохранения и анализа полученной информации (об эффективности и точности гидовых РНК, модификациях геномных редакторов, созданных клеточных и животных моделях) при выполнении ФНТП необходимо уделить особое внимание созданию и развитию технологий банкирования биологических образцов в масштабах РФ. В МГУ с 2014 года по настоящее время (2018 г) в рамках выполнения проекта «Ноев ковчег» (руководитель – акад. В.А Садовничий) проводится разработка научных основ создания национального депозитария живых систем – от микроорганизмов до биоматериала человека, который может стать необходимым инфраструктурным, исследовательским и референсным центром для разработки и сохранения генетических клеточных и животных моделей в рамках ФНТП по геномным технологиям. Коллекции депозитария могут быть пополнены организмами или клеточными линиями с отредактированным геномом и охарактеризованными функциями, что сыграет важную роль в развитии биотехнологий, биомедицины и сельского хозяйства в РФ.
  2. В ходе проекта «Ноев ковчег» была разработана уникальная информационно-аналитическая система для работы с формирующимися коллекциями, фактически представляющая собой универсальную базу данных о биоразнообразии живых организмов. В системе предусмотрена удобная коммуникация исследователей, выполняющих исследования с использованием коллекций, разработаны алгоритмы анализа разнообразных данных, касающихся собранных образцов биоматериала. Возможна интеграция в данную систему дополнительных модулей для обеспечения выполнения возникающих в процессе работы с коллекциями задач, что делает ее удобным инструментом для развития, в том числе, и генетических исследований разной направленности. Такая информационная система позволяет интегрировать усилия множества институтов и лабораторий, а реализованная в ее рамках возможность обмена образцами (генетические конструкции, модификации геномных редакторов, клеточные и животные модели) практически ликвидирует необходимость проведения дублирующих экспериментальных работ, способствует развитию коллаборации и увеличивает цитируемость работ отечественных исследователей.
  3. Одним из целевых показателей выполнения данной Программы является повышение уровня цитируемости отечественных публикаций в области генных технологий. В связи с этим предлагается создать, развивать, дополнять и популяризировать общедоступную базу данных таких публикаций отечественных ученых. Такая база данных, содержащая сгруппированные по тематикам публикации, облегчила бы поиск подходящих для цитирования публикаций и способствовала бы выполнению целевых показателей ФНТП. В качестве источника пополнения базы данных могут служить тематические публикации, прилагаемые к отчетам по грантам научных фондов.
• Формирование нормативного и правового поля для развития генетических технологий в России. МГУ имени М.В. Ломоносова (Факультет фундаментальной медицины и Медицинский-научно-образовательный центр) имеют опыт участия разработки нормативно-правовых актов в рамках внедрения Федерального закона N180-ФЗ «О биомедицинских клеточных продуктах»). Нами были успешно разработаны правила доклинических исследований БМКП (применимые в том числе к генетически модифицированным клеткам), а также правила надлежащей клинической практики БМКП.

1. 1. В настоящее время вирусные векторы, являющиеся одним из наиболее перспективных инструментов генной терапии и необходимые для доставки компонентов систем редактирования генома (CRISPR/Cas9), не имеют в РФ статуса генотерапевтических препаратов, так как в 61-ФЗ «О лекарственных средствах» определение генотерапевтического лекарственного средства дано в виде, не дающем однозначного понимания статуса лекарственных средств на основе рекомбинантных вирусов. Уточнение правового статуса вирусных векторов для медицинского применения является важной задачей для успешного выполнения проекта, где у ФФМ и МНОЦ МГУ имеется высокий уровень экспертизы и успешный опыт взаимодействия с Федеральными органами законодательной и исполнительной власти.
   2. Уточнение нормативно-правового и этического статуса технологий редактирования генома в России. В рамках аналитической работы сотрудниками Института (Карагяур М.Н., Ефименко А.Ю., Макаревич П.И.) одними из первых в РФ был проведен анализ литературы и нормативно-правовой базы на предмет вопросов этического и правового применения технологий редактирования генома в мире. На основе полученных данных опубликован обзор в сборнике «Редактирование генов и геномов (2-е изд.)» (под ред. С.М.Закияна, 2018). Собранный материал служит одним из источников для разработки нормативно-правовой базы для регулирования геномных технологий в РФ. При необходимости авторы публикации (Карагяур М.Н., Ефименко А.Ю., Макаревич П.И., Ткачук В.А.) могут быть привлечены в качестве экспертов для обсуждения законопроекта по геномному редактированию.

Д. Жарков, научный руководитель САЕ (стратегические академические единицы) «Синтетическая биология», зав. лабораторией белковой инженерии, Новосибирский государственный университет:Новосибирский научный центр СО РАН представляет собой уникальное сообщество со сложившейся интеграцией фундаментальной науки широкого профиля, высшего образования и наукоёмких производств. В связи с наличием традиционно сильных школ во многих областях физико-химической, молекулярной и клеточной биологии, а также ведущих медицинских учреждений и биотехнологических компаний, в ННЦ возможно осуществление многих проектов полного цикла, опирающихся на использование геномных технологий или необходимых для развития их технологической базы.
Предлагаемые ниже проекты для включения в научную повестку ФНТП развития генетических технологий на 2019–2027 гг. разбиты на блоки в соответствии с их планируемыми конечными результатами и продуктами.
Блок 1: Разработка отечественной аппаратной и сопутствующей реагентной базы для генетических технологий
1.1. Разработка нового типа синтезатора олигонуклеотидов для параллельного синтеза множества блоков при сборке генов. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, АО IQDEMY.
1.2. Разработка высокопроизводительного NGS-секвенатора на отечественной элементной и реагентной базе. Исполнители: АО «Вектор-Бест», ИХБФМ СО РАН, ИАиЭ СО РАН, ЛИН СО РАН (Иркутск).
Блок 2: Разработка новых инструментов геномного редактирования
2.1. Создание усовершенствованных ферментов и адресующих нуклеиновых кислот для геномного редактирования. Поиск новых способов комплементарной адресации ферментов, модифицирующих ДНК, и их адаптация для целей редактирования генома и эпигенома. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, НГУ, ООО «Сибэнзайм».
2.2. Разработка новых способов управления репарацией разрывов ДНК для целей геномного редактирования. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, НГУ, ИОХ СО РАН.
2.3. Разработка новых способов перепрограммирования клеток человека и животных при помощи методов редактирования генома и эпигенома. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, ИЦиГ СО РАН, ИМКБ СО РАН, НГУ.
Блок 3: Создание клеточных линий с модифицированным геномом для медицинской биотехнологии
3.1. Создание панели клеточных линий с модифицированными или регулируемыми системами ответа на генотоксичный стресс для применения в тестировании безопасности химических соединений и физических факторов окружающей среды. Исполнители: ИХБФМ СО РАН.
3.2. Создание панели клеточных линий с модифицированными системами противовирусного ответа для использования в биотехнологическом производстве вакцин. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, НИИ гриппа им. А. А. Смородинцева МЗ РФ (Санкт-Петербург).
3.3. Создание банка клеточных линий индивидуальных пациентов, страдающих нейродегенеративными и сердечно-сосудистыми заболеваниями, для поиска новых лекарств и высокопроизводительной оптимизации режимов лечения, в том числе с применением технологий редактирования генома. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, ИЦиГ СО РАН, НГУ, НМИЦ им. академика Е. Н. Мешалкина МЗ РФ.
3.4. Создание панели клеточных линий с модифицированными или регулируемыми системами синтеза и посттрансляционной модификации белка для производства фармакологически активных белков и пептидов. Исполнители: ИХБФМ СО РАН.
Блок 4: Создание новых технологий ген-направленной медицины и клеточной медицины с использованием геномного редактирования
4.1. Создание способов генной терапии первичных иммунодефицитов с использованием редактирования и аутологичной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, НИИ фундаментальной и клинической иммунологии СО РАН.
4.2. Создание способов генной терапии атеросклероза с использованием редактирования in vivo и ex vivo клеточных систем регуляции метаболизма липидов. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, НГУ, НМИЦ им. академика Е. Н. Мешалкина МЗ РФ.
4.3. Создание способов генной терапии демиелинизирующих полинейропатий с использованием редактирования генома шванновских клеток. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, НГУ.
4.4. Разработка новых терапевтических нуклеиновых кислот и вакцин на основе модифицированных нуклеиновых кислот. Исполнители: ИХБФМ СО РАН.
Блок 5: Создание новых технологий сельскохозяйственного и природоохранного назначения
5.1. Разработка способов контроля миграционного поведения саранчи при помощи технологий генного драйва. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, ИМКБ СО РАН, НГУ.
5.2. Получение линий борщевика Сосновского с инактивированным путем синтеза фуранокумаринов и разработка способов замещения ими природных популяций. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, ЦСБС СО РАН.
5.3. Изучение механизмов устойчивости растений к абиотическому стрессу и получение линий сахарной свеклы с повышенной устойчивостью к засухе и осолонцеванию почв. Исполнители: ИХБФМ СО РАН, НГУ.
Блок 6: Создание новых образовательных технологий и программ
6.1. Создание центра дополнительного профессионального образования для подготовки и переподготовки кадров для работ в области геномных технологий. Исполнители: НГУ, ИХБФМ СО РАН, технопарк «Академпарк».