Механизм работы системы CRISPR
(иллюстрация MailOnline).
Впервые американским учёным удалось излечить тяжёлую генетическую болезнь печени с помощью метода генетического редактирования. Скорее всего, в ближайшее время подобные технологии будут использоваться и для лечения людей.
Метод, получивший название CRISPR, помогает высокоизбирательно редактировать гены, делать крошечные изменения в огромной молекуле ДНК. В данном случае CRISPR был использован для коррекции одной «буквы» в организме мыши, страдающей от мутации в гене, связанном с метаболизмом печени.
Учёные утверждают, что подобная мутация в том же гене вызывает и наследственные заболевания печени у людей – так что есть надежда, что клинические испытания на людях могут начаться в течение ближайших нескольких лет.
В перспективе − лечение подобным методом других сложных генетических заболеваний, таких как серповидноклеточная анемия, синдром Дауна и болезнь Хантингтона.
Новая методика использует «режущие ферменты» для воздействия на конкретные зоны 23 пар хромосом, не вызывая при этом нежелательных мутаций. Эти ферменты были открыты в 1987 году, причем изначально их называли «мусорной ДНК». Через некоторое время учёные определили, что они используются бактериями для защиты от вирусов. Но по-настоящему их потенциал был полностью реализован лишь два года назад, когда учёные обнаружили, что их можно объединить с проникающими в ДНК ферментами Cas9, которые и способны «редактировать» геном.
Чтобы доставить компоненты CRISPR в организм, исследователи использовали мощный шприц, под высоким давлением впрыскивающий материал в вену. Впрочем, в настоящее время учёные работают над созданием более безопасных и эффективных способов, например, целевых наночастиц.
В ходе этого исследования учёные из Массачусетского технологического института использовали технологию CRISPR для того, чтобы найти и исправить мутантную пару оснований ДНК в гене печени под названием FAH. Такая мутация способна привести к смертельному накоплению аминокислоты тирозина у одного из 100 тысяч человек. Как правило, страдающие такой болезнью пациенты должны придерживаться строкой низкобелковой диеты и постоянного медикаментозного лечения.
Исследователи из MIT смогли вылечить редкое заболевание у мышей. Животным вводили специально сконструированные молекулы РНК, которые отправляли фермент Cas9 к нужному гену, а также 199-нуклеотидный отрезок ДНК со здоровой последовательностью гена FAH. Замена была произведена в каждом из 250 гепатоцитов (клеток печени), и благодаря делению и размножению всего за 30 дней треть клеток печени удалось заменить на здоровые, в которых мутации в FAH не было.
Учёные считают, что эта техника настолько точна, что её можно использовать для генной терапии (замены дефектных генов на здоровые) неизлечимых вирусных заболеваний, таких как ВИЧ, а также недугов, подобных раку. Возможно, однажды метод CRISPR будет использован и для того чтобы корректировать генные дефекты в эмбрионах человека, позволяя «сгладить» расстройства ещё до рождения ребёнка.
Ранее генная терапия полагалась на использование вирусов, которые внедряли гены в ДНК человека наугад, так что этот процесс был неточным и рискованным.
«С помощью нового подхода мы на самом деле имеем возможность исправить дефектный ген в организме живого взрослого животного, – рассказывает ведущий автор исследования Даниэль Андерсон (Daniel Anderson).
Учёные разрабатывают и другие системы генетического редактирования на основе нарезки ДНК-ферментов, также известных как нуклеазы. Однако такие комплексы, скорее всего, будут слишком трудоёмкими и дорогостоящими. Разрабатываются также новейшие методы РНК-интерференции, способные резко снижать уровни токсичного белка транстиретина у людей с нейродегенеративными заболеваниями.
По словам Андерсона, одно из преимуществ системы CRISPR как раз в том, что её весьма несложно конфигурировать и настраивать, к тому же этот метод имеет огромный потенциал в самых различных областях – от сельского хозяйства до генной терапии людей.
Научная работа Андерсона и его коллег была опубликована в издании Nature Biotechnology.
