Трещина в мироздании. Редактирование генома. Невероятная технология, способная управлять эволюцией

Какими бы невероятными ни казались возможности применения CRISPR в медицине, все же требуются еще годы для того, чтобы эта технология “доросла” до клинических испытаний. А пока в ее исследование вовлекалось все больше и больше коллективов, так как в мировом научном сообществе быстро распространялась информация, что редактирование генов в живых клетках теперь можно осуществить всего за несколько дней. Многие эксперты прогнозировали, что CRISPR станет воплощенной мечтой ученых-биологов и позволит проводить эксперименты, о которых раньше можно было только мечтать. Я представляла себе, что это сделает технологию более доступной и она перестанет быть привилегией меньшинства. До CRISPR редактирование генов требовало сложных протоколов проведения, колоссального уровня научных знаний и умений и существенных финансовых вливаний, а еще это удавалось сделать лишь на нескольких видах модельных организмов. А ко времени моего визита в Гарвард даже в тех лабораториях, где раньше не работали с редактированием генов, уже применяли CRISPR.

Времена, когда упоминание CRISPR на семинаре или научной конференции вызывало по большей части непонимающие взгляды, давно прошли. Теперь казалось, что CRISPR буквально у всех на устах и его упоминают в каждом разговоре. И тем не менее это было еще только верхушкой айсберга.

Сидя в самолете Бостон – Сан-Франциско на обратном пути из той первой поездки в Кембридж, я уже видела на горизонте новую эру генетического “управления войсками” – эру, в которой CRISPR преобразит арсенал инструментов биолога, позволив ученым переписывать геном буквально любым образом, каким они пожелают. Из неудобочитаемого документа, с трудом поддающегося переводу, геном станет таким же податливым, как фрагмент литературного произведения в руках умелого редактора. Представляя себе эти новые широкие возможности, я с трудом верила, насколько быстро развились события с момента первых успешных попыток Мартина и Кшиштофа запрограммировать CRISPR на нарезку ДНК в пробирке. А теперь научное сообщество оказалось в стремительно расширяющемся круге света – и для него открывались всё новые невероятные прозрения о том, как работает CRISPR и как однажды его станут использовать для улучшения здоровья человека.

В экспериментах, опубликованных в статье в Science 2012 года, Мартин и Кшиштоф продемонстрировали нечто совершенно новое: что ассоциированный с CRISPR белок под названием Cas9, изолированный из плотоядных бактерий, взаимодействует с двумя молекулами РНК для нацеливания на подходящие двадцатибуквенные последовательности ДНК и их разрезания. РНК играет роль проводника, указывая “GPS-координаты” для атаки, а Cas9 действует как орудие для уничтожения цели. У бактерий, инфицированных вирусом, аппарат CRISPR был мобилизован для разрезания и уничтожения определенных молекул ДНК вируса – это было частью адаптивного иммунного ответа.

Виргиниюс Шикшнис и его коллеги осенью 2012-го опубликовали статью, сходную с нашей[79]; она описывала функции белка Cas9, найденного в производящих йогурт бактериях, относящихся все к тому же роду стрептококков. Как и мы, литовские исследователи обнаружили, что Cas9 разрезает последовательности ДНК, “буквы” которых подходят к “буквам” РНК CRISPR. Но команда Шикшниса не смогла раскрыть важнейшую роль второй РНК (так называемой трансактивационной РНК, tracrRNA), которая, как удалось показать нам, была неотъемлемой частью реакции нацеливания на нужный участок ДНК и разрезания этой молекулы.

В своей статье мы максимально подробно описали молекулярные требования этой защитной системы и показали, насколько легко и просто можно настроить новые версии CRISPR для разрезания ДНК любым нужным образом. Мы сделали еще один шаг вперед и из направляющей РНК, состоящей у бактерий из двух отдельных молекул РНК (РНК CRISPR и трансактивационной РНК), сделали одну молекулу РНК-гида, тоже дающую Cas9 возможность находить и вырезать определенную последовательность ДНК. Мы также предположили, что эту систему защиты можно настроить на выполнение других функций в клетках – например, не на разрушение вирусной ДНК, а на прицельное редактирование ДНК самой клетки. Если мы поменяем двадцатибуквенный код РНК таким образом, чтобы он был комплементарен последовательности отдельно взятого человеческого гена, и затем введем Cas9 и новую направляющую РНК в клетки человека, CRISPR сделает хирургически точный разрез в гене-мишени, отметив это место как нуждающееся в репарации. Разрезав ДНК, CRISPR приведет клетку в полную боевую готовность, и она устранит внутри себя повреждения – но так, что мы сможем контролировать этот процесс.