Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Vitacoin

Редактированию ДНК поможет ген стафилококка

Новый шаг в редактировании генома

Александра Брутер, Полит.ру

Американские ученые сумели еще немного усовершенствовать метод редактирования генома – систему CRISPR/Cas9. Они нашли вариант белка Cas9, который легче доставить в клетки, чем использовавшиеся ранее варианты (F. Ann Ran et al., In vivo genome editing using Staphylococcus aureus Cas9).

О системе редактирования генома CRISPR/Cas9 мы рассказывали в особом очерке «Редактирование генома: за и против». Благодаря ее открытию за последние пару лет в редактировании произошла геномов настоящая революция. Дела идут настолько хорошо, что уже есть возможность редактировать гены в человеческих эмбрионах, и в научном сообществе разгорелась нешуточная полемика о том, этично ли это, безопасно ли это и так ли необходимо. Пока сошлись на том, что надо как следует убедиться в безопасности метода, да и прямой необходимости нет: экстракорпоральное оплодотворение с последующей селекцией эмбрионов вполне справляется с тем, чтобы не допустить передачи опасных мутаций по наследству. Однако в экспериментах на животных метод отлично работает.

Совсем иначе обстоят дела с редактированием генома отдельных клеток уже родившегося организма. Соображения «против» этического плана возникают здесь гораздо реже, а если иногда и возникнут, будут нейтрализованы состоянием и прогнозом пациентов с болезнями, от которых предполагается лечить, редактируя геном. Уже сейчас проводятся или скоро начнут проводиться клинические испытания применения стволовых клеток крови с отредактированными геномами для лечения ВИЧ/СПИДа и бета-талассемии.

Выбор этих двух болезней не случаен. Работать со стволовыми клетками крови в смысле модификации генома проще всего. Можно взять кровь у пациента, выделить из нее стволовые клетки, размножить их, модифицировать, отсортировать те, где модификация действительно произошла, размножить их и ввести обратно пациенту. Высокий пролиферативный потенциал этих клеток и возможность манипулировать ими вне организма пациента делает непринципиальным вопрос эффективности процедуры модификации.

Так же обстоят дела и с модифицированием геномов эмбрионов, которые еще не начали делиться. Если взять достаточно эмбрионов, то всегда найдется один, модификация в котором произошла. Если проделывать манипуляции на стадии одной клетки, можно не беспокоиться: все клетки выросшего организма будут содержать модификацию.

Но пока для модификации генома значительного процента клеток, например, печени метод недостаточно эффективен. В первую очередь это связано с методом доставки системы CRISPR/Cas9 в клетки.

Эта система по своей природе бактериальная, у бактерий она работает иммунитетом. Одни из естественных врагов бактерий – бактериофаги (вирусы). У бактериофагов чаще всего геном представлен молекулой ДНК. Бактерии синтезируют молекулы РНК, частично комплементарные вирусному геному, эти молекулы взаимодействуют с вирусной ДНК и привлекают своими сигнальными последовательностями белок Cas9, который вносит разрыв в ДНК бактериофага. Бактерии могут запоминать врагов и, аналогично приобретенному иммунитету у человека, создавать в своем геноме архивные ДНК-копии противовирусных РНК. Это позволяет реагировать быстрее в случае повторного нападения. Исследование таких архивных копий в бактериальных геномах и привело к открытию системы CRISPR/Cas9.


CRISPR в действии (рисунок из пресс-релиза
Broad Institute-MIT team identifies highly efficient new Cas9 for in vivo genome editing – ВМ.)

Если вводить в клетки только ДНК, кодирующую направляющую РНК и ген Cas9, в соответствующем месте ДНК образуется разрыв, который будет починен системами репарации клетки, скорее всего с искажением кода ДНК. Этот метод применятся для инактивации генов. Чтобы произошло редактирование, нужно вводить еще и правильный вариант гена.

Оптимальным по сочетанию эффективности и безопасности методом введения генетических конструкций в эукариотические клетки сегодня считаются аденоассоциированные вирусы. Но у них есть существенный для данного применения недостаток: размер ДНК, которую можно упаковать, заметно ограничен. Предел составляет примерно 4500 пар оснований, в то время как стандартный вариант Cas9, принадлежащий Streptococcus pyogenes кодируется геном длиной примерно 4200 пар оснований.

Предыдущие попытки этих же авторов найти у какой-нибудь другой бактерии ген покороче или создать его самим увенчались лишь частичным успехом. Зато в этот раз они нашли походящий ген у золотистого стафилококка. Этот ген оказался на целую тысячу пар оснований короче, а белок не уступал в активности общепринятым вариантам. Это позволило добавить в конструкцию регуляторные области и вообще повысить эффективность модификации.

С помощью нового белка авторы работы отредактировали геном клеток печени, содержащий вариант гена PCSK9, связанный с высоким уровнем холестерина в крови. Модифицированными в результате оказались 40% клеток печени у мышей, а уровень холестерина в крови снизился почти вдвое.

Сейчас авторы работают над тем, чтобы их метод можно было использовать для лечения миодистрофии Дюшена – моногенного заболевания, смерть от которого неизбежно настигает носителей поврежденного гена в подростковом возрасте.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
03.04.2015

Читать статьи по темам:

генная инженерия генотерапия Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Редактирование генома: за и против

Возможно, когда мы накопим больше знаний о роли генетики в некоторых заболеваниях и появится больше доказательств безопасности методики, ретрограды, которые считают, что редактирование надо запретить по этическим соображениям, останутся в меньшинстве.

читать

Редактирование генома человека: подождите, коллеги!

Ученые-генетики призвали коллег приостановить эксперименты на человеческих эмбрионах, сперматозоидах и яйцеклетках с применением новейших технологий точного редактирования генов до выработки жесткого этического кодекса.

читать

Наступает век генной хирургии

Российский молекулярный биолог – о будущем генной медицины, почему не нужно бояться ГМО, для чего нужны стволовые клетки и как ученые планируют победить рак.

читать

Новый прорыв в генной инженерии

Биофизик Максим Франк-Каменецкий – о методах редактирования генома, системе CRISPR/Cas и ее применении в медицине.

читать

Модификация генома стволовых клеток не вызывает нежелательных мутаций

Применение наиболее популярных методик модификации генов не увеличивает количество мутаций, возникающих в стволовых клетках.

читать