"Я не только думаю, что мы изуродуем Мать Природу. Я думаю, Мать сама хочет этого". Уиллард Гейлин Х/Ф "Гаттака"
Биологи из Калифорнийского университета разработали метод детекции мутаций, который позволяет «побуквенно» редактировать геном стволовых клеток и не оставлять при этом следов в их ДНК. Описание новой технологии опубликовано в журнале Nature Methods.
Редактирование генома стало возможным благодаря использованию так называемых TALEN-эндонуклеаз, ферментов, которые вносят разрыв только в строго определенном месте на ДНК. Пытаясь залечить разрыв от действия такой нуклеазы, клетка может использовать систему прецизионной репарации по существующему гомологичному участку ДНК или РНК в качестве «мастер-копии». Искусственно введя в клетку такой участок с небольшими исправлениями, нуклеотиды генома можно заменить на любые другие.
Сложность этого и подобных (на основе других ферментов) методов редактирования генома заключается в том, что в 99 процентах случаев вместо «исправления» нуклеотидов клетка просто соединяет между собой разорванные участки ДНК, что приводит к поломке гена. Поэтому ученым приходится вместе с точечными изменениями вносить в ДНК большие участки устойчивости к антибиотикам, предназначенные для отбора именно тех клеток, где геном успешно прошел редактуру.
Новый метод позволяет избежать внесения лишних фрагментов в ДНК за счет использования специальных флюоресцирующих зондов. Зонды позволяют отобрать только те стволовые клетки, в ДНК которых внесены нужные изменения. Ученые показали работоспособность новой технологии на человеческих индуцированных стволовых клетках (iPS). Потенциально, с помощью уже известной технологии получения iPS и нового метода их редактуры можно научиться исправлять генетические заболевания, например, серповидно-клеточную анемию и наследственную гемофилию — оба заболевания связаны с точечными мутациями в генах, активных в клетках крови.
Однако уже несколько лет существует более точная система редактирования генома CRISPR-Cas9, которая имеет в своей основе «заимствованный» у бактерий механизм защиты от вирусной инфекции. Управляют этой системой однонитевые РНК-гиды, которые позволяют распознавать короткие последовательности ДНК и разрезать их с помощью фермента нуклеазы Cas9. После чего молекула ДНК может возобновить свою структуру по присутствующей матрице. Ученые научились создавать необходимые короткие РНК последовательности, которые отвечают цели исследования, то есть конкретному гену. Но, к сожалению, так же лишь в 1 случае из 100 удается получить тот вариант редактирования, который ожидается.
Тем временем исследователи Массачуссетского госпиталя на базе Гарвардского университета в Бостоне сообщают об усовершенствовании методики редактирования генома. Вышеописанная методика основывалась на использовании мономерной системы нуклеаз CRISPR-Cas9.
Новая методика предусматривает применение димерных РНК-направляемых нуклеаз, которые могут распознавать большие последовательности ДНК и редактировать гены с высокой эффективностью в клетках человека. Активность этой системы строго зависит от корректности присоединения димерных РНК к ДНК с учетом и совпадения последовательности, и ориентации молекул. Такие условия значительно уменьшают вероятность формирования ошибочных соединений, что значительно повышает специфичность редактирования в сравнении с предыдущей методикой. Применение такого усовершенствованного подхода сопровождается меньшим количеством нежелательных побочных мутаций. Такой метод значительно ближе к возможным инструментам генной терапии.
Руководитель работы, доцент Кейт Чжун комментируя открытие, подчеркнул, что удалось увеличить вдвое редактируемую длину ДНК последовательности и разработать новый класс молекулярных инструментов для редактирования генома с существенно улучшенной точностью по сравнению с уже существующими.
На следующем этапе исследований должна быть проверена способность новой методики решить конкретное экспериментальное задание. Необходима проверка возможности успешного редактирования как на уровне клеток (например, стволовые клетки человека), так и на организменном уровне (с применением модельных животных). Стоит отметить (прим. ред.), что даже без встраивания новых исправленных фрагментов ДНК метод получит широкое применение для случаев, когда необходимо просто выключить дефектный ген, когда существующая вторая его копия исправна, а также для научных целей к примеру, для отключения синтеза того или иного белка "генный нокаут".
Источник: UNIVADIS
