Модификация метода генного редактирования повысила его способность исправлять дефектные гены у человека. Метод CRISPR уже используется в лаборатории для внедрения и удаления дефектных генов у эмбрионов животных. Но генетические инструкции о механизме, на котором основывается работа системы CRISPR (ферменте Cas9, редактирующем гены, и РНК молекулах, направляющих его к цели), имеют слишком большой размер, чтобы эффективно доставить их в большинство клеток человеческого организма.
Недавно ученые сообщили о разработке способа, который, возможно, поможет разрешить вышеописанную проблему – использование фермента Cas9, кодируемого геном, размеры которого составляют только три четверти от размера гена, используемого в настоящий момент в методе CRISPR. Результаты исследования, опубликованные в начале апреля в журнале Nature, помогут создать новые методы лечения генетических заболеваний человека.
По словам Дэвида Лью, специалиста в области химической биологии из Гарвардского Университета, в природе существуют тысячи заболеваний, ассоциированных со специфическими генетическими изменениями. Большинство из этих заболеваний можно было бы вылечить с использованием генного редактирования, считает ученый.
Методы генного редактирования вызвали большое число споров среди специалистов. По неподтвержденным данным, их уже применяли у человеческих эмбрионов. Некоторые ученые опасаются, что методы генного редактирования могут использовать врачи-специалисты в области бесплодия с целью редактирования генов человеческих эмбрионов еще до того момента, когда будет доказана безопасность применения этих методов. Этическая сторона проблемы заключается в невозможности получить добровольное согласие человека на проведение данного вмешательства при том, что изменения, вызванные генным редактированием человеческого эмбриона, передаются следующим поколениям. Применение методов генного редактирования на соматических клетках детей и взрослых, не связанных с этическими проблемами передачи генов между поколениями, уже привело к соперничеству исследователей и компаний в области разработки метода CRISPR, который можно будет использовать в качестве клинического инструмента.
В данном случае этические вопросы применения метода CRISPR не стоят столь остро, но использовать метод у этих клеток может быть сложнее, чем у эмбрионов. Эмбрион состоит из небольшого числа клеток, и для того, чтобы провести редактирование генома на этой стадии достаточно ввести нужные компоненты системы CRISPR в несколько клеток. Но взрослый человек состоит из множества клеток, и исследователи беспокоятся о том, как таргетно изменить механизм CRISPR для работы со специфическими клетками, в которых дефектные гены нарушают физиологические процессы.
«У вас может быть самая лучшая система генного редактирования в мире, но если вы не можете доставить ее в нужный тип клеток, система не имеет никакого значения», – говорит Нессан Бермингем, исполнительный директор компании Intellia Therapeutics, целью работы которой является внедрение геномного редактирования в клиническую практику.
Исследователи, специализирующиеся в области генной терапии, часто используют аденоассоциированный вирус (ААВ) для транспорта чужеродных генов во взрослые человеческие клетки. Однако большинство лабораторий используют ген, кодирующий фермент Cas9, размеры которого слишком большие для того, чтобы соответствовать узким границам генома ААВ вместе с дополнительными последовательностями, необходимыми для работы Cas9.
Чтобы разрешить эту проблему, Фен Джан из Института Брода при MIT и Гарвардского Университета (США) и его коллеги проанализировали гены, кодирующие более 600 ферментов Cas9, полученных от тысяч бактерий, пытаясь найти самый маленький вариант фермента, который можно поместить в ААВ и доставить во взрослые клетки.
Длина гена, кодирующего фермент Cas9 у золотистого стафилококка, оказалась на 1 тыс. «букв» ДНК меньше, чем у традиционно используемого фермента Cas9. Исследователи поместили обнаруженный фермент в ААВ вместе с молекулами РНК, чтобы они таргетно воздействовали на фермент с целью модификации гена, регулирующего концентрацию холестерина в печени. Результаты исследования показали, что через неделю после последовательного введения модифицированного вируса в организм мышей более 40% клеток печени содержали модифицированный ген.
По словам Лью, это важное дополнение в набор инструментов, которыми располагают специалисты в области генной инженерии. Он разрабатывал способы транспорта фермента Cas9 большого размера, присоединенного к направляющим его РНК, в клетки без участия вируса. По мнению Бермингема, лаборатории начнут разрабатывать большое число методов доставки, которые будут индивидуально подходить тканям каждого человека.
Специалист в области биомедицинской инженерии Чарльз Гершбах из Университета Дьюка готов использовать меньшую версию фермента Cas9 на мышах, чтобы исправить мутации, ассоциированные с развитием миодистрофии Дюшенна. По его мнению, возможно, именно этот метод позволит внедрить метод CRISPR в клинику, но сегодня еще рано делать подобные прогнозы.
В золотистом стафилококке содержится самая маленькая версия фермента, применяемого в методе генного редактирования CRISPR.
Источник: CBIO.RU
