Генетики научились «переписывать» структуру ДНК
Американские ученые изобрели своеобразный «карандаш с ластиком», который может стирать генетические ошибки, вызывающие у нас патологии, сообщает журнал Scientific American.
Зачем нужно генное редактирование?
На сегодняшний день существует около 50 тысяч известных нам генетически детерменированных недугов, которые трудно излечимы или не излечимы вообще. Исследователи из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института разработали новый инструмент, который теоретически сможет исправить ошибки, стоящие за 15 тысячами таких заболеваний. Это, в частности, относится к серповидноклеточной анемии, кистозному фиброзу и некоторым формам врожденной слепоты и глухоты.
Другие генные редакторы (например, известный CRISPR-Cas9) функционируют, как ножницы: вырезают поврежденные последовательности нуклеотидов из нити ДНК. Это может быть полезно в борьбе, например, с болезнью Хантингтона, которая возникает в результате мультипликации тройки нуклеотидов в гене HTT.
Что известно о технологии АВЕ?
Новая же технология, названная ABE (Adenine Base Editors), больше похожа на карандаш, который вносит изменения в «буквы, формирующие предложения» всего генома человека. Известно, что ДНК — это молекула, состоящая из 2 пар цепей, которые связаны друг с другом парами азотистых оснований. Аденин всегда находится в паре с тимином (пара A-T), а гуанин — с цитозином (пара G-C). Но когда генетическая машина дает сбои, появляются мутации, влияющие на синтез белка, и это приводит к возникновению патологий. Новый способ нацелен на такого рода генетические ошибки и может изменять нуклеотидную последовательность в целевом гене.
Пока «карандашную» технологию не опробовали на людях. По мнению ученых, сначала нужно определить, на каком этапе можно вмешиваться в ход генетического заболевания, а еще выяснить, каким образом лучше доставить редактор к нужным клеткам.
Используя ABE в лаборатории, исследователи смогли точно отредактировать наследственную форму гемохроматоза, болезни, из-за которой тело неправильно усваивает железо, откладывая его «про запас» в органах и тканях, причиняя боль, вызывая усталость, слабость, и, если его не лечить, приводит к отказу сердца и печени.
Автор исследования генетик Дэвид Лю подчеркивает, что новая технология не лучше предыдущей — они направлены на решение совершенно разных проблем. Он и его команда установили, что непредсказуемый эффект возникает в 0.1% случаев.
Комментарий эксперта
Владимир Поляков, специалист по автоматизированному тестированию ПО для биологов и генетиков, компания EPAM Systems
«Технологии ABE и CRISPR-Cas9 работают совсем по-разному. CRISPR-Cas9 действует по принципу бактериальной защиты от вирусов. Исследование природных путей восстановления ДНК в бактериях и дрожжах, а также механизмов перестройки ДНК, показало, что клетки имеют внутренний механизм для устранения двуцепочечных разрывов ДНК. CRISPR-Cas9 запускает работу этого механизма, попутно внося изменения в генетическую ошибку. Далее, как говорится, природа возьмет своё, достроив нужные пары к исправленному участку и восстановив обновленный ген.
Это один из механизмов бактериального иммунитета, его научились использовать для изменения букв в целевых локусах. В отличие от предыдущих попыток редактирования генов, Cas9-белки соединяются только с определенным участком ДНК и вносят точечные изменения там, где это необходимо. Плюс они вносят двуцепочечный разрыв, после чего система репарации клетки восстанавливает данный разрыв, внося необходимую замену.
Суть CRISPR-Cas9 состоит в том, что она позволяет сделать двуцепочечный разрез в нужном месте ДНК. Происходит это так: синтезируют guide RNA, комплементарные нужному куску, а потом помещают его в клетку.
При этом RNAs садятся на ДНК, а на них садится Cas9, который делает разрез. А потом, с помощью механизмов починки геномной ДНК, происходит вставка привнесенного кусочка ДНК. И вот последний этап идет с невысокой эффективностью — около 5%.
У ABE все обходится без разрезов: пара A-T заменяет пару C-G. Но эту новую технологию необходимо долго и тщательно испытывать, чтобы понять, не вносит ли она дополнительные изменения в структуру ДНК. Ведь геном еще не исследован досконально, существует много локусов, влияние которых на организм недостаточно изучено, и поэтому сложно предсказать последствия их изменения.
Вообще риски есть всегда: наш организм — очень сложная система, и его поведение пока невозможно полностью смоделировать. Реакции человеческого организма на различные внешние воздействия разнообразны и не всегда одинаковы, например, некоторые люди не переносят парацетамол, который является достаточно распространённым препаратом, и это может зависеть от множества причин, далеко не всегда являющихся патологией. Что уж говорить об изменении генома!
О перспективах ABE говорить пока сложно, могут пройти десятилетия, прежде чем эту методику начнут применять на практике, поскольку необходимо убедиться в отсутствии опасных побочных эффектов. Мы хорошо помним, что Управлению по контролю за продуктами и лекарствами США потребовались долгие годы, для того чтобы разрешить использовать генную терапию, которая предполагает внесение изменений в клетки, извлеченные из организма in vitro, с последующим введением их пациенту в процессе лечения».
https://sciencepop.ru/genetiki-nauchilis-perepisyvat-struktu...