Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • medtech
  • ММИФ-2018
  • БиоМолТекст-18

Восемнадцать раз отмерь

Наши гены будут резать аккуратнее

Алексей Алексенко, Forbes, 06.08.2018

Исследователи из Техаса предложили ключевое усовершенствование знаменитой системы редактирования генов CRISPR. Возможно, это подтолкнет внедрение технологии в клиническую практику

Сегодня главные надежды на избавление человечества от наследственных заболеваний связывают с методом редактирования генов, открытым в конце первого десятилетия XXI века. Научное название этой методики – CRISPR-cas9 – выучили назубок научно-популярные журналисты всего мира. Но, возможно, теперь им придется переучиваться. Исследование молекулярных биологов из Техасского университета (Strohkendl et al., Kinetic Basis for DNA Target Specificity of CRISPR-Cas12a) дает серьезные основания считать, что правильнее говорить CRISPR-cas12а. Если говорить точнее, исследователи показали, что замена ключевого компонента системы – белка cas9 – на другой белок способна решить многие проблемы метода, над решением которых генные инженеры бились в последние годы. И главная из этих проблем – избирательность и точность.

Проблема точности

Геном человека не терпит опечаток. Если, исправляя вредную мутацию, генетики случайно повредят другие точки хромосомы, вреда от этого будет куда больше, чем пользы: маленькая неточность может привести к развитию раковой опухоли. Между тем при нынешнем уровне точности риск такого развития событий недопустимо высок. Несколько лет назад весь мир потрясла новость о том, что китайские генетики впервые отредактировали геном человеческой зародышевой линии. Мнения научной общественности разделились: одни приветствовали небывалый научный прорыв, другие предостерегали от потенциальных этических коллизий. Однако главный вывод, ради которого Хуан Цзюньцзю и его коллеги писали свою работу, лежал в стороне от этих разногласий: их опыты показали, насколько неточно и малоэффективно работает классический метод CRISPR-cas9.

Вместо того, чтобы исправить мутацию бета-глобинового гена (ту, что ведет к тяжелейшему наследственному заболеванию бета-талассемии), фермент во многих клетках просто испортил бета-глобиновый ген, переписав его по образцу другого, похожего – дельта-глобинового. В части клеток система не сработала вообще, и практически везде она внесла в геном множество нежелательных мутаций. Так что если работа дерзновенных китайских генетиков что-то и продемонстрировала, так это то, насколько далеко исследователи еще находятся от точного и безопасного применения этой технологии.

Устройство системы CRISPR-cas9 зашифровано в ее названии. Первая часть означает «сгруппированные регулярно чередующиеся короткие палиндромные повторы». Этот странный объект был обнаружен в геноме бактерий в конце ХХ века. Он оказался ничем иным, как каталогом всевозможных вирусов, с которыми предкам бактерии пришлось повстречаться в их жизни. Когда в бактерию попадает вирусная хромосома, у бактерии есть шанс быстро записать себе для памяти характерную последовательность из букв-оснований, идентифицирующих вирус. Таким образом при следующей встрече она легко сможет его узнать.

Но узнать недостаточно, надо уничтожить. Тут в дело вступает вторая часть системы – белки cas. Именно они носят с собой образцы вирусных последовательностей, которые используют как трафарет: если им попадается нуклеиновая кислота с совпадающей подписью, они немедленно вносят в нее разрез и уничтожают. Это свойство и было использовано в системе CRISPR-cas9. Найдя в человеческом геноме мутацию по заданному трафарету, белок cas9 разрезает хромосому в этом месте. Если одновременно ввести в клетку «правильные» копии гена, она сама заделает разрыв по новому образцу, и ошибка будет исправлена. К сожалению, на практике белок cas9 делает свою работу порой слишком рьяно, а порой небрежно. Это и приводит к многочисленным ошибкам.

Решение проблемы

Рик Расселл, Илья Финкельштейн и их коллеги задались целью заменить слабое звено системы – белок cas9 – на что-то более подходящее. Подходящим кандидатом оказался другой компонент той же бактериальной системы – белок cas12a. Он делает ту же самую работу, но подходит к ней по-своему.

Рик Рассел предлагает следующее сравнение: cas9 со своим рибонуклеиновым трафаретом прилипает к ДНК-мишени, как клей. Ему достаточно совпадения всего нескольких букв-оснований, чтобы идентифицировать мишень и приступить к ее разрушению (внесению разреза). Именно поэтому он столь чувствительно реагирует на случайные частичные совпадения, которые могут встретиться в тех местах генома, менять которые не входило в планы исследователей.

Не таков белок cas12: его соединение с ДНК скорее напоминает застежку-липучку. Каждая из крохотных ворсинок-крючков (в данном случае «букв» ДНК) может обеспечить очень слабое соединение, и только все они вместе создают надежный контакт. Более того, если «липучка» плохо застегнулась, ее всегда можно расстегнуть и повторить операцию – с клеем такой фокус не получится. Поэтому cas12a гораздо лучше отличает последовательность мишень (где совпадение букв полное) от случайных мест генома (где скорее всего какие-то буквы не «склеятся»). Он может несколько раз «расстегнуть» и «застегнуть» ДНК, прежде чем убедиться, что нашел правильное место для своей атаки. Это белок не приступает к разрезанию хромосомы, не проверив совпадения восемнадцати букв. Его коллега cas9 ограничивается лишь семью-восемью.

CRISPR-Cas12a.jpg

В настоящее время группа Рика Рассела продолжает работу над тем, чтобы искусственно модифицировать cas12a, сделав его еще точнее. Вполне возможно, что именно на этом пути генетиков ждет успех в деле превращения технологии CRISPR в надежно работающий инструмент клинической медицинской генетики.

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


Читать статьи по темам:

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

Читать также:

Генотерапия для эмбрионов

По мнению экспертов, пренатальная терапия наследственных болезней станет доступной для людей через 10 лет.

читать

Генотерапия до рождения

Редактирование генома эмбрионов было настолько эффективным, что родившихся мышей можно считать вылеченными от бета-талассемии.

читать

Генотерапия синдрома Мартина – Белл

Золотые наночастицы и система CRISPR почти полностью вылечили мышей от синдрома ломкой Х-хромосомы.

читать

Главное – вовремя начать

Идеальный вариант для лечения – диагностировать мышечную атрофию пациента, который находится еще в утробе матери.

читать

Исправить ген гемоглобина

Компания CRISPR Therapeutics разработала метод излечения бета-талассемии при помощи генной терапии.

читать