Технологията за редактиране на гени, използваща системата CRISPR-Cas9, може да доведе до много нежелани мутации. До това заключение стигнаха учени от медицинския център на Колумбийския университет. "Lenta.ru" говори за ново проучване, резултатите от което бяха публикувани в списанието Nature Methods.
CRISPR / Cas9 е молекулярен механизъм, който съществува вътре в бактериите и им позволява да се борят с вирусите с бактериофагите. CRISPR са "касети" в ДНК на микроорганизъм, които са съставени от повтарящи се секции и уникални последователности, наречени раздалечители. Последните са фрагменти от вирусна ДНК. По същество CRISPR може да се разглежда като банка данни, съдържаща информация за гените на патогенните агенти. Протеинът Cas9 използва тази информация, за да идентифицира правилно чуждата ДНК и да я направи безобидна чрез рязане на конкретно място.
Точността на CRISPR / Cas9 позволява използването му като инструмент за редактиране на ген, който е много по-ефективен от досега съществуващите методи. Изследователите вмъкват ДНК касета, съдържаща ген на протеина Cas9 и регион, кодиращ специална насочена РНК молекула (sgRNA) в клетката, в чийто геном трябва да се направят промени. Последните могат да се прикрепят към определено място в генома, като посочват към Cas9 къде да се реже. След това можете да поставите желания ген или група гени в празнината, създавайки модифицирана клетка.
Предимството на CRISPR / Cas9 е, че той може да направи точни промени, намалявайки броя на нежеланите срезове (извън целевите ефекти) в други части на генома. Освен това спестява време и пари - за разлика от други широко използвани методи, които използват нуклеазни ензими. CRISPR системата е по-подходяща за ситуации, при които няколко дефектни гена трябва да бъдат коригирани наведнъж, тъй като изисква само синтезиране на съответната sgRNA. В случай на нуклеази, за всеки конкретен ДНК сайт е необходимо да се събере свой специфичен ензим, който е по-дълъг и по-скъп.
Кредит за художествено изображение на CRISPR / Cas9: Стив Диксън / Фън Джанг / MIT
Технологията бързо стана популярна не само сред учените, но и в популярната култура. Например, тя се появява в сюжета на някои епизоди от новия сезон на „Досиетата Х“като оръжие за масово унищожение. Директорът на американското национално разузнаване Джеймс Клапър също изрази своята загриженост, който смята, че генното инженерство е заплаха. Въпреки това, всяка технология е опасна, ако се използва неправилно. Например, неумелата и честа употреба на антибиотици, които са спасили живота на стотици хиляди хора, подхранва появата на устойчиви на антимикробни супербуници.
Въпреки измислиците, CRISPR / Cas9 сам по себе си, подобно на антибиотиците, не може да се използва като оръжие за унищожаване на хора. Но можете да създадете модифицирани организми, като комари, които ще разпространят дефектния ген в тяхната популация, което може да доведе до силно намаляване на броя на кръвосмучещите насекоми. Биолозите настояват да бъдат изключително внимателни при подобни приложения.
Имунните клетки атакуват раковия растеж Снимка: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
Промоционално видео:
В същото време много биотехнологии вярват, че технологията ще даде възможност за успешно лечение на опасни заболявания, включително и такива, причинени от генетични причини. Например в края на 2016 г. Китай вече експериментира с лечението на агресивен рак на белия дроб. Имунните клетки на пациента бяха отстранени и генът, който потиска борбата срещу злокачествените тумори, беше изключен. Процедурата за промяна на генома беше успешна и клетките бяха въведени отново в тялото на пациента.
CRISPR / Cas9 има своите недостатъци. По този начин ДНК, разбита с молекулни "ножици", губи част от последователността, което предотвратява "точково" редактиране, тоест замяната на един единствен нуклеотид. Биотехнолозите създават подобрени версии на системата, като преодоляват тези ограничения. Например, южнокорейските изследователи са комбинирали ензима Cas9 с друг протеин, цитидин дезаминаза. Това научи CRISPR / Cas9 да прави единични нуклеотидни замествания.
Има обаче друг проблем. Факт е, че тази технология може да въведе и нежелани мутации, а учените все още не разбират напълно как това може да бъде елиминирано. Що се отнася до лечението на хора, рискът все още е неразумно висок: страничните промени в генома могат значително да навредят на здравето.
Някои алгоритми могат да предскажат къде в генома могат да се правят ненужни замествания. Те работят много добре, когато CRISPR модифицира отделни клетки или тъкани, но не се използва, когато става въпрос за живи организми.
CRISPR / Cas9 структура Снимка: Ian Slaymaker / Broad Institute
Например, биотехнолозите от Колумбийския университет са използвали технология за премахване на мутации, които предизвикват ретинит пигментоза. За това кожните клетки са взети от пациента и препрограмирани в стволови клетки. След това дефектът се коригира с помощта на касета CRISPR. Такива модифицирани клетки могат да бъдат превърнати в клетки на ретината и трансплантирани в пациент, за да се възстанови зрението.
Освен това същите учени създадоха генетично модифицирани мишки, които бяха инжектирани с CRISPR на етапа на зиготата. След това изследователите секвенират (определят нуклеотидната последователност) целия геном на мишките. Въпреки че CRISPR успешно коригира ген, в който дефектът причинява слепота, той също въвежда над 1500 единични нуклеотидни мутации и над 100 делеции (делеции на къси секции) и вмъквания. Нито една от тези нежелани промени не е била предвидена от компютърни алгоритми.
Модификацията на генома е добър начин за лечение на наследствени заболявания, които в момента са нелечими. Според Стивън Цанг той и неговите съавтори смятат, че е важно учените по генно инженерство да са наясно с потенциалните опасности от нежеланите мутации, които възникват при редактирането на ДНК. Такива мутации включват както нуклеотидни замествания в кодиращите региони на генома, така и в некодиращи региони, където са разположени регулаторни елементи (те контролират активността на гените).
Въпреки мутациите, мишките се справиха добре. Биотехнолозите остават оптимисти по отношение на генната терапия, тъй като всяка медицинска намеса има странични ефекти. Просто трябва да знаете какви са те. В бъдеще това ще подобри технологията за минимизиране на ефекта извън целта.
Александър Еникеев