Главная » Новости » Ученые научились редактировать человеческую ДНК

Ученые научились редактировать человеческую ДНК

Ученые научились редактировать человеческую ДНК

Для этого специалисты использовали так называемый геномный редактор со специфичным и труднопроизносимым названием CRISPR/Cas9. С его помощью ученые удалили мутацию в генах из мышиных эмбрионов.

Пока не понятно, как данное открытие повлияет на развитие геномных исследований в науке и медицине. Любопытно, что на данный момент геном человеческого эмбриона разрешено изменять лишь в научных целях (в частности, в США, Великобритании, Китае, Японии и ряде других стран).

Своим видением сложившейся ситуации с «Правдой.Ру» поделился проректор по научной работе РНИМУ им. Н. И. Пирогова, заведующий лабораторией редактирования генома НМИЦ АГП им. В. И. Кулакова, доктор биологических наук, профессор РАН Денис Ребриков.

— В России исследования редактирования генома человека находятся на стадии сбора информации. Есть ли значимые подвижки, о которых можно на данный момент говорить?

— В России исследования с использованием технологии CRISPR/Cas активно проводятся уже несколько лет. Есть опубликованные работы как по редактированию генома клеточных культур, так и по изменению ДНК эмбрионов животных и человека. Вообще, системы направленного изменения сложных геномов в научных исследованиях активно применяют еще с 70-х годов прошлого века и исторически десятки лабораторий в нашей стране специализируются на подобных технологиях. На сегодняшний день наиболее популярными подходами являются TALEN и CRISPR/Cas.

Читайте также:  В Москве появились бобры

В нашей стране на основе CRISPR/Cas-редактирования созданы методы исправления мутаций, определяющих наследственные заболевания, развитие опухолей, разработаны технологии проверки эффективности и безопасности геномного редактирования (в частности, проверки так называемой нецелевой активности фермента: «off-target activity»), без чего ни одна новая технология не может быть внедрена в медицину.

Относительно упомянутого выше исследования на мышах: его уникальность в том, что изменение генома выполнено именно на эмбрионе внутриматочно. Но на эмбрионах до переноса в матку, на взрослых животных, на клеточных культурах — аналогичные работы давно и широко ведутся во всем мире, в том числе и в России.

— Когда в России опробуют технологию CRISPR/Cas-редактирования внутриматочно?

— А я не уверен, что данное исследование вообще нужно повторять. Коллегами была решена очень специфическая задача, не имеющая прямого влияния на будущее медицинских технологий. Это скорее фундаментальное достижение. Дело в том, что на практике нет ситуаций, где было бы актуально редактировать эмбрион человека внутриутробно. По рецессивным наследственным заболеваниям редактирование генома будущего ребенка вообще не требуется. А в тех редких случаях, где от нежелательного варианта гена нельзя избавиться простым отбором из «естественных» эмбрионов в рамках экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), редактирование имеет смысл делать на стадии одной клетки (зиготы), задолго до переноса в матку. То же касается и создания новых вариантов генов — это всегда стадия одной клетки.

Читайте также:  Новое слово в деле о пожаре в Гренфелл-Тауэр

Фото: pixabay.com

Читайте также:

Биологи нашли секретный способ борьбы с инфекциями

Зачем нужно генное редактирование?

На сегодняшний день существует около 50 тысяч известных нам генетически детерменированных недугов, которые трудно излечимы или не излечимы вообще. Исследователи из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института разработали новый инструмент, который теоретически сможет исправить ошибки, стоящие за 15 тысячами таких заболеваний. Это, в частности, относится к серповидноклеточной анемии, кистозному фиброзу и некоторым формам врожденной слепоты и глухоты.

Другие генные редакторы (например, известный CRISPR-Cas9) функционируют, как ножницы: вырезают поврежденные последовательности нуклеотидов из нити ДНК. Это может быть полезно в борьбе, например, с болезнью Хантингтона, которая возникает в результате мультипликации тройки нуклеотидов в гене HTT.

Что известно о технологии АВЕ?

Новая же технология, названная ABE (Adenine Base Editors), больше похожа на карандаш, который вносит изменения в «буквы, формирующие предложения» всего генома человека. Известно, что ДНК — это молекула, состоящая из 2 пар цепей, которые связаны друг с другом парами азотистых оснований. Аденин всегда находится в паре с тимином (пара A-T), а гуанин — с цитозином (пара G-C). Но когда генетическая машина дает сбои, появляются мутации, влияющие на синтез белка, и это приводит к возникновению патологий. Новый способ нацелен на такого рода генетические ошибки и может изменять нуклеотидную последовательность в целевом гене.

Пока «карандашную» технологию не опробовали на людях. По мнению ученых, сначала нужно определить, на каком этапе можно вмешиваться в ход генетического заболевания, а еще выяснить, каким образом лучше доставить редактор к нужным клеткам.

Используя ABE в лаборатории, исследователи смогли точно отредактировать наследственную форму гемохроматоза, болезни, из-за которой тело неправильно усваивает железо, откладывая его «про запас» в органах и тканях, причиняя боль, вызывая усталость, слабость, и, если его не лечить, приводит к отказу сердца и печени.

Автор исследования генетик Дэвид Лю подчеркивает, что новая технология не лучше предыдущей — они направлены на решение совершенно разных проблем. Он и его команда установили, что непредсказуемый эффект возникает в 0.1% случаев.

Комментарий эксперта

Владимир Поляков, специалист по автоматизированному тестированию ПО для биологов и генетиков, компания EPAM Systems

«Технологии ABE и CRISPR-Cas9 работают совсем по-разному. CRISPR-Cas9 действует по принципу бактериальной защиты от вирусов. Исследование природных путей восстановления ДНК в бактериях и дрожжах, а также механизмов перестройки ДНК, показало, что клетки имеют внутренний механизм для устранения двуцепочечных разрывов ДНК. CRISPR-Cas9 запускает работу этого механизма, попутно внося изменения в генетическую ошибку. Далее, как говорится, природа возьмет своё, достроив нужные пары к исправленному участку и восстановив обновленный ген.

Это один из механизмов бактериального иммунитета, его научились использовать для изменения букв в целевых локусах. В отличие от предыдущих попыток редактирования генов, Cas9-белки соединяются только с определенным участком ДНК и вносят точечные изменения там, где это необходимо. Плюс они вносят двуцепочечный разрыв, после чего система репарации клетки восстанавливает данный разрыв, внося необходимую замену.

Суть CRISPR-Cas9 состоит в том, что она позволяет сделать двуцепочечный разрез в нужном месте ДНК. Происходит это так: синтезируют guide RNA, комплементарные нужному куску, а потом помещают его в клетку.

При этом RNAs садятся на ДНК, а на них садится Cas9, который делает разрез. А потом, с помощью механизмов починки геномной ДНК, происходит вставка привнесенного кусочка ДНК. И вот последний этап идет с невысокой эффективностью — около 5%.

У ABE все обходится без разрезов: пара A-T заменяет пару C-G. Но эту новую технологию необходимо долго и тщательно испытывать, чтобы понять, не вносит ли она дополнительные изменения в структуру ДНК. Ведь геном еще не исследован досконально, существует много локусов, влияние которых на организм недостаточно изучено, и поэтому сложно предсказать последствия их изменения.

Вообще риски есть всегда: наш организм — очень сложная система, и его поведение пока невозможно полностью смоделировать. Реакции человеческого организма на различные внешние воздействия разнообразны и не всегда одинаковы, например, некоторые люди не переносят парацетамол, который является достаточно распространённым препаратом, и это может зависеть от множества причин, далеко не всегда являющихся патологией. Что уж говорить об изменении генома!

О перспективах ABE говорить пока сложно, могут пройти десятилетия, прежде чем эту методику начнут применять на практике, поскольку необходимо убедиться в отсутствии опасных побочных эффектов. Мы хорошо помним, что Управлению по контролю за продуктами и лекарствами США потребовались долгие годы, для того чтобы разрешить использовать генную терапию, которая предполагает внесение изменений в клетки, извлеченные из организма in vitro, с последующим введением их пациенту в процессе лечения».

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.