Почему наш мир таков, каков он есть. Природа. Человек. Общество (сборник)

Нет, мир не перевернулся. Дельбрюк и Лурия работали с изнеженной лабораторной культурой кишечной палочки, у которой по каким-то причинам механизм приобретенного иммунитета за счет действия CRISPR просто отсутствовал. Именно это и позволило им обнаружить важнейший факт спонтанного возникновения мутаций. Если бы у их бактерий работала кассета CRISPR, результат эксперимента был бы в некотором смысле безнадежно испорчен. Что, конечно, не помешало бы спонтанным мутациям оставаться главным механизмом дарвиновской эволюции – за исключением ламарковского явления приобретенного бактериального иммунитета под действием CRISPR-систем и еще, возможно, пары-тройки других особых случаев.

О пользе точности для генной медицины

Прикладные специалисты из Danisco свою проблему решили, но фундаментальным ученым (типа меня) стало крайне интересно, как работает приобретенный, адаптивный иммунитет бактерий на молекулярном уровне. Выяснилось следующее. Система бактериального иммунитета основана на РНК (помните: ДНК – РНК – белок?). Когда вирус заражает клетку, он иногда не сразу убивает ее, и маленький кусочек ДНК вируса успевает встроиться между двумя повторами в CRISPR-кассету бактерии. Потом ДНК кассеты транскрибируется – с нее считывается РНК. Эта РНК специальными белками разрезается на кусочки длиной в шестьдесят нуклеотидов, в шестьдесят букв. У каждой из возникающих коротких молекул РНК концевые участки одинаковые – они соответствуют CRISPR-повторам, а средние участки разные, их последовательности соответствуют спейсерам. Если теперь в клетку сунется вирус, в ДНК которого есть участок, соответствующий одному из спейсеров, то одна из коротких молекул РНК узнает ДНК этого вируса – просто по правилу комплементарности (ведь РНК – это фактически копия вирусной ДНК). А после узнавания в дело вступает специальный белок (его называют Cas, и он является существенным компонентом CRISPR-системы), который раскусывает ДНК вируса в месте узнавания. И все, больше нет вируса, клетка спасена.

«Мы похожи на людей, которые тыкают пальцем в черную занавеску, пытаясь во что-то попасть, но что за этой занавеской, никто не знает».

Константин Северинов

Но это не значит, что бактерия и все ее потомки навеки гарантированы от заражения: вирус тоже не дремлет. Он мутирует, изменяя время от времени последовательность букв-оснований в своем геноме. И когда он случайно изменит хоть одну букву из тех, что записаны в спейсере CRISPR-кассеты, вирус снова станет победителем, а бактерия останется безоружной, пока не подцепит себе новую охранную грамоту – дополнительный спейсер – от того же паразита.

Таким образом, если есть хоть одно несоответствие между фрагментом ДНК вируса и CRISPR-спейсером бактерии, защиты не будет. К чему такая точность? Дело в том, что определенная последовательность из тридцати-сорока нуклеотидов – автограф вируса, оставленный в виде спейсера, – по статистике вряд ли случайно встретится на бактериальной хромосоме. Но если допустить возможность хотя бы одной опечатки, вероятность случайного совпадения с какой-нибудь последовательностью ДНК бактерии резко возрастает, a это может привести к автоиммунному ответу. Другими словами, чтобы система CRISPR не начала случайно громить хромосому бактерии, она должна работать очень точно и быть чувствительной даже к единичным несоответствиям между ДНК вируса и последовательностью спейсеров.

Но при чем тут генная медицина, спросите вы. Это важный вопрос, потому что многие люди, которые занимались системой приобретенного иммунитета CRISPR – и я один из них, – тоже не сразу поняли, при чем тут генная медицина, и прошляпили открытие своей жизни. Тем временем чуть больше года назад в журналах Science и Nature пошли одна за другой статьи с названиями типа «Использование системы CRISPR для редактирования человеческого генома». И вот это уже имеет к генной медицине самое непосредственное отношение.

Вспомним: что такое генная медицина? И что такое генетические болезни?