Как подружить гены в клетках. Коктейль молодости, светящиеся котики, напечатанные органы и другие прелести науки

Технологии геномного редактирования – это группа технологий, которые дают ученым возможность изменять ДНК организма. Эти технологии позволяют добавлять, удалять или изменять генетический материал в определенных местах генома. Ученые разработали несколько методов для редактирования генома.

Самый известный сегодня метод – CRISPR/Cas9. Его позаимствовали из естественной системы редактирования генома бактерий. Бактерии захватывают фрагменты ДНК от вторгающихся вирусов и используют их для создания сегментов ДНК, известных как массивы CRISPR.

Массивы CRISPR позволяют бактериям «запоминать» вирусы. Если вирусы атакуют снова, бактерии производят сегменты РНК из массивов CRISPR для нацеливания на ДНК вирусов. Затем бактерии используют Cas9 или аналогичный фермент, чтобы разрезать ДНК, что отключает вирус.

Система CRISPR/Cas9 работает аналогичным образом в лаборатории. Исследователи создают небольшой фрагмент РНК с короткой «направляющей» последовательностью, которая прикрепляется к определенной последовательности-мишени ДНК в геноме. РНК также связывается с ферментом Cas9. Как и у бактерий, модифицированная РНК используется для распознавания последовательности ДНК, а фермент Cas9 разрезает ДНК в целевом месте. После того как ДНК разрезана, исследователи используют собственный механизм восстановления ДНК клетки, чтобы добавлять или удалять фрагменты генетического материала или вносить изменения в ДНК.

Технология геномного редактирования представляет большой интерес для профилактики и лечения заболеваний человека. В настоящее время большинство исследований по редактированию генома проводится для понимания болезней с использованием моделей клеток и животных.

Ученые все еще работают над тем, чтобы определить, является ли этот подход безопасным и эффективным применительно к людям. Он изучается в исследованиях по широкому кругу заболеваний, включая такие моногенные расстройства, как муковисцидоз, гемофилия и серповидноклеточная анемия. В перспективе рассматривается лечение и профилактика более сложных заболеваний: рака, болезней сердца, психических заболеваний и инфекции ВИЧ.

Этические проблемы возникают, когда редактирование генома с использованием таких технологий, как CRISPR/Cas9, используется для изменения генома человека. Большинство изменений, которые вносятся при редактировании генома, ограничены соматическими клетками, отличными от яйцеклеток и сперматозоидов. Эти изменения затрагивают только определенные ткани и не передаются из поколения в поколение. Однако изменения, внесенные в гены в яйцеклетках, сперматозоидах или в генах эмбриона, могут передаться будущим поколениям. Редактирование клеток зародышевой линии и генома эмбриона поднимает ряд этических проблем, включая вопрос о том, допустимо ли использовать эту технологию для улучшения нормальных человеческих качеств (таких как рост или интеллект). Исходя из этических соображений и требований безопасности, редактирование геномных клеток и эмбрионального генома в настоящее время запрещено во многих странах [1–5].

Отредактировать геном и избавиться от всех болезней

В 2018 году, когда родился мой блог, я стала еще больше интересоваться технологией CRISPR/Cas9 и лечением различных заболеваний с ее помощью.

До 2016 года технологию CRISPR/Cas9 испытывали для лечения бета-талассемии на эмбрионах [6, 7]. А в 2018 году произошло то, что потрясло всех, не только генетиков и биологов, но и людей, далеких от науки.

В Китае с помощью ЭКО на свет появились близнецы Лулу и Нана. Что в них необычного? Это первые в мире генетически модифицированные дети.

Китайский ученый Цзянькуй Хэ рассказал о рождении первых в мире детей из генетически отредактированных эмбрионов. По словам ученого, родились близняшки, у которых он хотел создать устойчивость к заражению ВИЧ.

В своем эксперименте он пытался изменить ген CCR5, который кодирует белок, позволяющий ВИЧ проникнуть в клетку, используя метод редактирования CRISPR/Cas9. Он хотел создать у младенцев иммунитет к ВИЧ, носителем которого был их отец. Мать при этом была здорова. Всего ученому удалось отредактировать 16 из 22 эмбрионов, 11 из которых использовались в шести попытках, – одна закончилась беременностью и родами.

По словам Хэ, у одной из девочек отредактированы обе копии нужного гена, а у второй – одна копия, свидетельств повреждения других генов он не нашел [8].

Хэ Цзянькуя и двоих его коллег признали виновными в том, что они нарушили китайское законодательство и умышленно, «в погоне за славой» нарушили порядок проведения медицинских процедур, хотя я думаю, что вряд ли они думали о «славе». Хэ приговорили к трем годам тюрьмы и назначили штраф [9].