Ножницы, «генетический резак» биотехнологии CRISPR-Cas9

Автор: Лада Татутудэй
Редактирование генома
Художественное изображение CRISPR-связанной нуклеазы Cas9, разрезающей ДНК в определенном целевом участке (фото Институт исследований мозга Макговерна при Массачусетском технологическом институте)

Нобелевская премия по химии 2020 года присуждена совместно француженке Эммануэль Шарпантье и американке Дженнифер Доудна за «разработку метода редактирования генома». Инструмент CRISPR - огромный шаг вперед. Почему нас должна интересовать биотехнология CRISPR-Cas9?

Миллионы людей страдают от разрушительных генетических заболеваний, таких как рак и многие другие. Их боли и страдания (не говоря уже о расходах на здравоохранение) можно было бы избежать, если бы мы научились лечить эти болезни, просто переписав генетический код пациентов. Это обещают технологии редактирования генов CRISPR-Cas9.
По сравнению с существующими исследовательскими инструментами, он предлагает относительно быстрый, простой, надежный и дешевый способ нацеливания и редактирования определенных генетических последовательностей.

Система редактирования генов CRISPR-Cas9 меняет, редактирует и конструирует ДНК практически любого живого существа на Земле. Состав РНК, попадающего в тело человека с последующим его встраиванием в организм и перекодированием его функционала, репликации, отвечает за более глубокое понимание того, как гены функционируют в клетках, а также разработку новых и более эффективных медицинских методов и лечение целого ряда смертельных заболеваний. Удалив основные дисфункциональные последовательности ДНК, можно не только вылечить эти заболевания, но и гарантировать, что эти состояния больше не перейдут к следующему поколению. Применение в сельском хозяйстве и промышленности обещает создание более устойчивых к болезням и паразитам растений и животных. Потенциальные социальные и экономические выгоды огромны. Рассмотрим этические и правовые стороны внедрения этой биотехнологии и её последующих продуктов для человечества.
CRISPR расшифровывается как Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Это естественный защитный механизм, который позволяет бактериальным клеткам обнаруживать и уничтожать вирусы, атакующие их.

С тех пор, как Уотсон и Крик определили двойную спираль ДНК, ученые искали способы лучше понять роль, которую ДНК играет в генетической структуре живых организмов.
Механизм CRISPR был впервые идентифицирован как «инструмент редактирования генов общего назначения» в научной статье, опубликованной учеными Эриком Зонтхаймером и Лучиано Маррафинни из Северо-Западного университета, Эванстон, Иллинойс, США, в 2008 году. Ученые подали заявку на патент, но их заявка была отклонена. Отклонили, потому что они не смогли свести его к какому-либо практическому применению, пишет Джон Коэн из Science.
Но CRISPR тема действительно начала вызывать ажиотаж после публикации, в июне 2012 года, научной статьи Эммануэль Шарпантье, французского микробиолога, работавшего тогда в Венском университете, а затем в Институте биологии инфекций Макса Планка, Германия и Университете Умео. В статье Дженнифер Доудна из Калифорнийского университета в Беркли, США описывается как CRISPR с помощью фермента протеазы Cas9 можно превратить в инструмент для редактирования генов. В частности, как можно использовать CRISPR-Cas9 для разрезания ДНК в пробирке. Они подали свою первую патентную заявку, связанную с CRISPR, в мае 2012 года. В январе 2013 года, ученые из Института Броуда Массачусетского технологического института (MIT) и Гарвардского университета во главе с Фэн Чжан сообщили, что они нашли способ использовать CRISPR-Cas9 для редактирования клеток млекопитающих. Исследователи Broad подали свою первую патентную заявку, связанную с CRISPR, в декабре 2012 г. и оплатили ускоренный процесс рассмотрения. Джон Коэн отмечает, что было подано одиннадцать дополнительных патентных заявок, подтверждающих утверждение, что они первыми изобрели систему CRISPR для редактирования клеток млекопитающих. В апреле 2014 года Управление по патентам и товарным знакам США (USPTO) предоставило группе Броуд патент на их технологию CRISPR. Выдача патента команде Броуд вызвала юридическую огненную бурю. Профессор Джейк Шерков из Нью-Йоркской школы права охарактеризовал это как «чрезвычайно масштабный спор о биотехнологических патентах». Ставки явно очень высоки. Кто бы ни владел коммерческими правами или правами интеллектуальной собственности на CRISPR-Cas9, он может получить огромную финансовую прибыль и решить, кто и как будет технологию использовать.
Каждый из исследователей-новаторов и их соответствующие учреждения имеют долю в нескольких стартапах, которые привлекли миллионы долларов инвестиций для преобразования систем CRISPR-Cas9 в новые методы лечения широкого спектра генетических заболеваний. В их число входят Intellia Therapeutics (Калифорнийский университет в Беркли), Caribou Sciences (Дж. Доудна), CRISPR Therapeutics и ERS Genomics (Э. Шарпантье) и Editas Medicine (Институт Броуда).
Анализ коммерческой среды CRISPR-Cas9, проведенный Джоном Коэном из Science, показывает, что стартапами CRISPR уже выдана сеть часто перекрывающихся лицензий для многих приложений в медицине, сельском хозяйстве и промышленности. В соответствии с Законом Бэя-Доула 1980 года университеты США могут обладать правами интеллектуальной собственности на изобретения, полученные в результате исследований, финансируемых из федерального бюджета. Но руководящие принципы, разработанные Национальными институтами здравоохранения США, рекомендуют лицензировать эти технологии на «разумных условиях», чтобы гарантировать их доступность для поддержки дальнейших биомедицинских исследований. И Калифорнийский университет в Беркли, и Институт Броада с готовностью предлагают неисключительные лицензии на чисто научные исследования, отмечает Меган Молтени в WIRED. Но любой, кто хочет коммерциализировать продукт, связанный с CRISPR, должен получить сублицензию от одного из стартапов CRISPR.
Но с учетом объема имеющихся у них исключительных лицензий, охватывающих около 20 000 генов в геноме человека, некоторые задаются вопросом, смогут ли только эти компании разработать все потенциальные технологические приложения. Какое влияние это окажет на другие биотехнологические компании, которые хотят коммерциализировать продукты, связанные с CRISPR? Будет ли тормозить инновации тот факт, что им необходимо получить дополнительную сублицензию от этих компаний?
Процедура патентного вмешательства
В апреле 2015 года Калифорнийский университет в Беркли, представляющий Э. Шарпантье и Дж. Доудна, потребовал судебного разбирательства по патентному вмешательству против патентов, выданных Институту Броуда. Совет по патентным испытаниям и апелляциям (PTAB) USPTO, отвечающий за рассмотрение таких дел, удовлетворил запрос. Слушания начались в январе 2016 года.
Процедуры патентного вмешательства - это, по сути, «административные процессы для определения того, какая из двух (или более) сторон что-то изобрела первой», - пишет Джейк Шерков. Эта процедура является пережитком первой изобретенной системы, существовавшей в Соединенных Штатах до марта 2013 года, когда она была заменена Законом об изобретениях Америки. В настоящее время Соединенные Штаты выдают патенты на основе системы «первым подал заявку». Поскольку оспариваемые патенты, связанные с CRISPR, были поданы до марта 2013 г., они соответствовали процедуре патентного вмешательства. «Обычно процедура патентного вмешательства USPTO возникает, когда разные патентные заявки, поданные в USPTO разными изобретателями, могут потенциально перекрываться как одно и то же изобретение», - отмечает Джо Стэнганелли в Bio IT World.

Вопрос перед PTAB заключался в том, была ли работа исследователей из Института Броуда новой или это был «следующий очевидный шаг, который необходимо сделать и / или фундаментально основанный на известном уровне техники», - объясняет Джо Стэнганелли.

12 февраля 2017 г. ПТАБ вынес решение. Он заявил, что патенты, выданные USPTO Институту Броуда на использование CRISPR-Cas9 при редактировании клеток млекопитающих (эукариотических геномов), не перекрывают и не противоречат патентным притязаниям, поданным командой Калифорнийского университета в Беркли для использования системы в в любой среде. Таким образом, PTAB постановил, что патентные притязания Чжана не очевидны, учитывая информацию, представленную в патентной заявке Калифорнийского университета в Беркли.

Решение PTAB означает, что Институт Броуда сможет сохранить свои патенты в США, которые заявляют о методах использования CRISPR-Cas9 в клетках млекопитающих (эукариотах). Это также означает, что Калифорнийский университет в Беркли может оставить заявку на патент США, в которой заявляются методы использования CRISPR-Cas9 в любых ячейках. Хотя это может быть хорошо для двух учреждений, это означает «максимальную неопределенность» для бизнес-сообщества биотехнологий, для которого неясно, нужно ли им получать лицензии от обоих университетов, отмечает Кевин Нунан, партнер McDonnell Boehnen Hulbert & Berghoff в Чикаго., США, в Nature.

Резюме решения PTAB по ходатайствам
В решении говорится: «Broad предоставил достаточные доказательства, чтобы показать, что его утверждения, которые все ограничены системами CRISPR-Cas9 в эукариотической среде, не связаны с тем же изобретением, что и утверждения UC, которые все направлены на системы CRISPR-Cas9, а не ограничены любой средой. В частности, данные показывают, что изобретение таких систем в эукариотических клетках не было очевидным по сравнению с изобретением систем CRISPR-Cas9 в любой среде, в том числе в прокариотических клетках или in vitro, потому что у обычного специалиста в данной области не было бы уверенности, что система CRISPR-Cas9 будет успешной в эукариотической среде. Исследователи во всем мире уже используют системы CRISPR-Cas9 для редактирования геномов, в том числе съедобных грибов, насекомых, кукурузы, мышей, обезьян и даже человеческих эмбрионов. В июне 2016 года Национальные институты здравоохранения США одобрили первые клинические испытания CRISPR-Cas9 для лечения рака. А в сентябре 2016 года Управление оплодотворения человека и эмбрионов Великобритании (HFEA) одобрило его использование для постоянного редактирования ДНК в человеческом эмбрионе.

Но технология CRISPR-Cas9 в том виде, в котором она существует в настоящее время, по-прежнему сопряжена со значительными рисками и требует дальнейшего усовершенствования, например, с точки зрения ее точности и доставки в клетки человека. Технология также вызывает множество этических проблем, которые заслуживают серьезного рассмотрения. В конце концов, он может радикально изменить генетический состав и облик человечества. В ответ на эти опасения, отмечает Джейк Шерков, Институт Броуда уже выдал «этические лицензии» некоторым лицензиатам, чтобы запретить определенные виды деятельности, которые считаются противоречащими общественным интересам. Он считает, что с учетом времени, необходимого для разработки эффективной политики, ограничивающий подход предлагает эффективный способ «приостановить вызывающие беспокойство новые приложения биотехнологии».

Интеллектуальная собственность, патентное право и лицензии на технологии редактирования генома CRISPR
Хотя может показаться, что постановление PTAB принесло Институту Броуда явную победу, перспективы не столь однозначны. Битва за права интеллектуальной собственности, связанные с CRISPR, далеко не окончена по разным причинам.

Во-первых, Калифорнийский университет в Беркли взвешивает свое решение об обжаловании решения PTAB. Он по-прежнему убежден, что «команда Доудна / Шарпантье была первой группой, которая изобрела эту технологию для использования во всех условиях и для всех типов клеток, и была первой, кто опубликовал и подал заявки на патенты, направленные на это изобретение, и что патенты Института Броуда, в отношении использования системы CRISPR-Cas9 в определенных типах клеток, которые не являются патентоспособными, отличными от изобретения Доудна / Шарпантье.

Во-вторых, различные комментаторы считают вероятным, что стороны в конечном итоге придут к какому-то соглашению, касающемуся перекрестного лицензирования их технологий. Учитывая нерешенные проблемы владения правами ИС на векторы CRISPR, которые позволяют доставить редактирование в ДНК получателя, это кажется вполне вероятным. «Если UC получит патентные претензии на векторы CRISPR, он будет иметь право препятствовать другим создавать, использовать или продавать их», - объясняет Филип Уэббер, патентный поверенный биотехнологической юридической фирмы Dehns в Оксфорде, Великобритания. Это будет означать, что даже Editas Medicine, имеющая исключительную лицензию на использование методов CRISPR Чжана, потребуется получить лицензию в Калифорнийском университете в Беркли.

В-третьих, и Broad Institute, и Калифорнийский университет в Беркли подали и защищают патентные заявки в Европе. Кэтрин Кумбс, патентный юрист HGF в Нью-Йорке, отмечает в Nature, что европейское прецедентное право может привести к иному результату, чем PTAB. Если Европейское патентное бюро обнаружит, что исследование Калифорнийского университета в Беркли предоставило «достаточную мотивацию» для других исследователей, чтобы попробовать систему CRISPR-Cas9 на клетках млекопитающих, тогда патент Калифорнийского университета в Беркли может рассматриваться как покрывающий приложения для всех типов клеток, что дает ему преимущество перед Патенты Broad Institute в Европе.

И, наконец, многие другие исследовательские группы также участвуют в патентной игре CRISPR-Cas9. Согласно IPStudies, швейцарской консалтинговой компании по управлению интеллектуальной собственностью, в настоящее время существует более 900 семейств патентов, каждая из которых заявляет права на различные аспекты систем CRISPR-Cas9. По мере того, как эти группы отстаивают свои права и требуют лицензионных отчислений, как для Института Броуда, так и для Калифорнийского университета в Беркли, вероятно, будет еще много судебных баталий.

Но пока суды продолжают заниматься юридическими вопросами, наука продолжает развиваться. Исследователи из Института Броуда, опять же во главе с Фэн Чжан, уже определили и подали заявку на патент интересной альтернативы Cas9 под названием Cpf1. Этот новый фермент предлагает ученым больше возможностей для редактирования генов определенных бактерий. Хотя CRISPR-терапии еще не существует, ходят слухи о проведении множества испытаний.Так что следите за этим пространством.