Генетические ножницы. Можно ли вырезать плохие гены?

В последние годы научный мир следил за появлением и развитием революционной технологии, которая обещает изменить саму суть генетической инженерии и медицины. Речь пойдет про СRISPR/Cas9, которая позволяет ученым редактировать геномы живых организмов с высокой точностью и гибкостью.

CRISPR/Cas9 — это система редактирования генов, впервые обнаруженная в бактериальной иммунной системе. В естественных условиях бактерии используют ее для защиты от вирусов, сохраняя части вирусной ДНК и используя их для распознавания и уничтожения их в будущем. Ученые адаптировали этот механизм для целенаправленного изменения участков ДНК в живых клетках.
С момента своего появления CRISPR/Cas9 вызвал большой интерес не только среди специалистов, но и в СМИ. Возможности, которые он открывает, звучат как из научно-фантастического фильма: от лечения наследственных заболеваний и создания устойчивых к засухе культурных растений до потенциального искоренения малярии и лекарства от рака. Еще CRISPR/Cas9 эффективнее и дешевле по сравнению с предыдущими технологиями, такими как ZFN и TALEN.

Как работает эта технология и почему она так важна для нас? Давайте разберемся.
В основе работы CRISPR/Cas9 лежит способность точно находить и «разрезать» двойную цепь ДНК в заранее заданном месте генома. Этот процесс можно разделить на два ключевых этапа:

1. Определение цели. Короткая направляющая РНК (sgRNA) связывается с ферментом Cas9 и направляет его к специфической последовательности ДНК в геноме, совпадающей с последовательностью в sgRNA. Эта уникальная последовательность обеспечивает точность воздействия на гены.
2. Редактирование ДНК. Когда Cas9 достигает целевого участка, он «разрезает» обе цепи ДНК. Это разрушение запускает естественный процесс восстановления, который может быть использован для удаления, добавления или изменения конкретных генетических последовательностей.

В исследовании, опубликованном в журнале «Cell Research», ученые успешно использовали CRISPR/Cas9 для коррекции генетического дефекта в сперматогониальных стволовых клетках (SSC) мышей. Исследователи успешно исправили ген, вызывающий катаракту у мышей.

В другом исследовании ученые использовали CRISPR/Cas9 для борьбы с бета-талассемией, которая возникает из-за проблем в гене HBB. Этот ген важен для создания части красных кровяных телец, переносящих кислород. Когда возникают проблемы с β-глобином, другой белок, называемый α-глобином, накапливается и вредит клеткам, что приводит к симптомам заболевания. Интересно, что уменьшение количества копий генов, которые производят α-глобин (HBA1 и HBA2), может помочь пациентам с этим заболеванием.

С помощью CRISPR/Cas9 ученые уменьшили количество α-глобина, удалив ген HBA2. После этого они попытались исправить проблему с β-глобином, добавив «правильную» версию гена. Они протестировали этот метод на клетках в лаборатории и показали, что он способен устранить проблемы, вызванные болезнью. Затем опробовали его на здоровых клетках и показали, что эти отредактированные клетки могут расти и функционировать должным образом, когда их помещают в организм мышей. Наконец, они применили этот метод к клеткам пациентов с β-талассемией и смогли сбалансировать уровни α-глобина и β-глобина в клетках.

CRISPR/Cas9 представляет собой мощный инструмент редактирования генома, который может радикально изменить многие аспекты медицины и биотехнологии, от лечения генетических заболеваний до улучшения свойств сельскохозяйственных культур. Однако для обеспечения безопасности и этичности его применения необходимы дополнительные исследования и разработка соответствующих правил и стандартов. Это включает в себя изучение долгосрочных последствий генетических вмешательств, возможности нецелевых эффектов и разработку международных этических и правовых норм для работы с геномом.