Геном болезнетворной бактерии улучшит технику редактирования ДНК

Генетические заболевания потенциально излечимы. Для того чтобы избавить людей от диагнозов-приговоров, учёные-медики исследуют методы редактирования генома, которые, впрочем, пока далеки от совершенства. Самой прогрессивной технологией, используемой для "исправления" генных ошибок, считается методика под названием CRISPR.

Основным преимуществом данной технологии является высокая точность в вопросе редактирования генов. Однако генетические инструкции, на которых основана методика CRISPR — фермент Cas9 и молекулы РНК, которые приводят его к цели — слишком велики для эффективной работы в каждой клетке организма.

Теперь исследователи нашли способ обойти эту проблему. Они обнаружили у болезнетворных бактерий фермент Cas9, кодируемый геном, размеры которого составляют всего три четверти от того, который используется на сегодняшний день. По словам авторов статьи, опубликованной в журнале Nature, данное открытие может открыть дверь в мир новых методов лечения для целого ряда генетических заболеваний.

"Существуют тысячи различных заболеваний, связанных с конкретными генетическими изменениями. И большинство из них можно излечить при помощи технологии редактирования генома", — рассказывает Дэвид Лю (David Liu), биохимик из Гарвардского университета, который не принимал участия в исследовании.

Основное отличие новой методики CRISPR от стандартных технологий заключается в том, что она направлена на редактирование генов в неполовых клетках сформировавшихся организмов, а не эмбрионов. И если с точки зрения этики она более прогрессивна, то технологическая сложность исполнения становится выше.

Эмбрионы состоят из небольшого числа клеток, из которых впоследствии формируется зрелый организм. Редактирование генома эмбриона заключается в простом введении необходимых компонентов CRISPR в несколько клеток.

Тело взрослого человека состоит из триллионов клеток, составляющих различные ткани. Проблема заключается в том, что направить целевые компоненты CRISPR в специфические клетки, где присутствуют дефектные гены, весьма непросто.

Учёные отмечают, что даже если однажды будет разработана самая эффективная и безопасная система редактирования генома, она будет абсолютно бесполезна без соответствующего способа доставки её компонентов к определённому типу клеток. Поэтому усилия генетиков сейчас направлены преимущественно на создание оптимального "транспорта".

Для доставки правильно функционирующих генов в ДНК клеток зрелого человека исследователи часто используют аденоассоциированный вирус (AAV). В качестве редактирующего инструмента большинство лабораторий используют ген, кодирующий фермент Cas9, который слишком велик, чтобы уместиться в небольшом геноме вируса AAV вместе с дополнительными последовательностями, необходимыми для функционирования Cas9.

Решение проблемы придумали профессор Фэн Чжан (Feng Zhang) и его коллеги из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета. Они вспомнили, что в природе система CRISPR используется бактериями и археями для редактирования собственного генома, и потому решили поискать подсказку в геноме микроорганизмов.

Команда Чжана проанализировала гены, кодирующие более шестисот ферментов Cas9, у нескольких сотен бактерий, пытаясь найти уменьшенную версию заветного гена, которая вместилась бы в геном вируса AAV.

Оказалось, что ген Cas9 у золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) на 1000 "букв" ДНК меньше, чем тот, что обычно используется в современных экспериментах. Тогда исследователи решили провести проверочный эксперимент.

Они вживили ген Cas9 золотистого стафилококка в вирус AAV, вместе с РНК, которая должна спровоцировать фермент изменить экспрессию холестерин-регулирующего гена в печени. Как сообщается в пресс-релизе, модифицированный вирус вводили мышам на протяжении недели. Позднее анализы показали, что более 40% клеток печени содержали новые гены.

До проведения экспериментов на добровольцах пока ещё далеко. Однако теперь, когда одна из проблем методики решена, дальнейшая доклиническая практика должна пройти быстрее и показать больше результатов. Исследователям теперь предстоит выявить все возможные недостатки методики и понять, можно ли их устранить.