Ученые заменили в ДНК эмбриона ген. Как они это сделали?

Простыми словами - о том, что такое CRISPR/Cas9 и как иммунная система бактерий помогает людям

Группа ученых из американских и южнокорейских институтов в США успешно удалила из ДНК человеческого эмбриона ген с мутацией, отвечающей за развитие заболевания сердца. Эксперимент завершился успешно в 72 процентах случаев. Это очень высокий процент, который существенно снижает риск генетически наследуемого заболевания. И, безусловно, это серьезный прорыв в медицине, открывающий путь к лечению некоторых болезней, передающихся по наследству. Но еще больше впечатляет технология, благодаря которой ученые добились этого результата.

Криптус объясняет суть использованного метода максимально простыми словами.

Избавиться от генетического заболевания можно, убрав его первопричину, то есть, потенциально опасный мутировавший ген. Все гены содержатся в ДНК и распределены в 46 хромосомах наших клеток. Половину мы наследуем от отца, другую часть — от матери. Если в ДНК родителей мутаций нет, ребенок рождается здоровым. Но в некоторых случаях именно этот мутант дает о себе знать. И тогда — проблема. Выход — в замене такого гена на здоровый. Поиск технологии занят три десятилетия, а началось все в конце восьмидесятых годов прошлого века.

Что-то лишнее, но очень важное

Именно тогда в ДНК бактерий были обнаружены участки, которые, как казалось поначалу, не несли полезной функции. Это были одинаковые повторяющиеся области, которые перемежались отличными друг от друга фрагментами. Представьте ювелирную цепочку, в которую вставлены отличные друг от друга и бессмысленные на первый взгляд кулоны — вот с чем тогда столкнулись исследователи. Позднее выяснилось, что этот фрагмент ДНК играет важную функцию. Когда в различных банках ДНК накопилось достаточно материала, отличавшиеся фрагменты (их назвали спейсерами) ученые сравнили с другими известными образцами. Тут-то и выяснилось, что бактерии в своем генном коде содержат фрагменты генома потенциально опасных для них вирусов. По сути, речь идет о заранее подготовленной энциклопедии, позволяющей бактерии защитить себя от нападения извне. Такие участки получили название CRIPSR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats).

Но одной лишь информации, записанной в ДНК, мало, чтобы воздействовать на вирус. Для этого необходим инструмент атаки на него. Для этого ДНК сначала кодирует отвечающую за иммунитет молекулу РНК, в которой будет содержаться информация CRISPR, а уже та в свою очередь обеспечит создание белка (он называется Cas, это сокращение от CRISPR-assocciated sequense), который отреагирует на появление чужеродного вируса в клетке бактерии. Сигналом «тревоги» послужат те самые спейсеры, которые и позволят безошибочно распознать вражескую ДНК.

Что посмотреть:

Контантин Северинов — о CRISPR/Cas9

От бактерии к человеку

Не так давно было доказано, что этот механизм есть не только у бактерий, но и у человека. Причем один белок, получивший название Cas9, оказался особенным: он сам и находил чужеродную ДНК, и атаковал ее (другие работали парами — один белок находил «чужака», а другой убивал ДНК вируса). 

Еще большей удачей стала возможность создавать Cas9 искусственным образом, а значит — встраивать в него тот спейсер, который необходим для лечения болезни. Основой этого спейсера и стал мутировавший ген, который Cas9 безошибочно находил в эмбрионе. Более того, в последнем эксперименте ученые нашли способ встроить в ДНК здоровый ген, но молекула восстанавливалась сама за счет парной хромосомы.

«Мы обнаружили, что эмбрионы сами чинят себя, если есть здоровая копия гена», — сказал Шухрат Миталипов, член группы, проводившей последний эксперимент.

Исследователи заявили, что не зафиксировали никаких нежелательных изменений в ДНК эмбрионов. Всего было проведено 58 тестов, в 42 из них результат оказался положительным. До этого аналогичные эксперименты проводились в Китае, но там результат оказался иным: CRISPR/Cas9 успешно нашла ген, подлежащий замене, однако затем в клетках были обнаружены другие мутации.

В США к таким исследованиям применяются строгие ограничения. Шухрат Миталипов говорит, что в Америке участие в них людей запрещено, поэтому все манипуляции с эмбрионами проводились in vitro, то есть в пробирке.

Прорыв, но не панацея

Проведенный эксперимент — одно из наиболее значительных открытий в медицине, которое действительно может решить проблему многих генетических заболеваний. Но, увы, не всех. Дело в том, что не все генетические болезни связаны с одним мутировавшим геном — есть и такие, в которых задействованы цепочки генов. Есть и другой пример, когда речь идет не о мутации, а о спонтанном повторе какой-то буквы в ДНК. Научить CRISPR/Cas9 выявлять такой повтор совершенно невозможно. Как и бороться сразу с несколькими генами-мутантами.

Соцсети
Сайт сделан в Бреле 2017