Способ редактирования генома редактирует больше, чем необходимо
Способ редактирования генома редактирует больше, чем необходимо
30 Июня 2020
У человечьих зародышей, в каких поработал редактирующий аппарат CRISPR/Cas, возникают внезапные хромосомные перестройки.
Показавшийся несколько годов назад способ генетического редактирования CRISPR/Cas стремительно стал научно-технологическим хитом. И не считая него есть способы, дозволяющие заносить правки в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), но они или наиболее трудоёмкие и требующие много времени, или могут работать лишь с определёнными участками генома, или не очень точны в том смысле, что не считая подходящей экспериментальной правки в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) возникает много побочных правок.
Человечий зародыш примерно на 6–7 недельке развития. (Фото: lunar caustic / Flickr.com)
Открыть в полном размере
‹
›
CRISPR/Cas оказался проще, резвее и поточнее. Начально это система антивирусной защиты у микробов: особый белок распознаёт чужеродную ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) в бактериальной клеточке и разрезает её, не давая вирусу плодиться. Биологи приспособили молекулярный аппарат CRISPR/Cas к клеточкам звериных и растений. Сейчас ферменту, который должен разрезать ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), дают в качестве эталона кусочек последовательности генетического кода, который необходимо разрезать, и он эту последовательность отыскивает в клеточной ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов).
Опосля того, как в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) возник разрез, клеточка старается его зашить – в ней врубаются ферменты ремонта ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов). Чтоб зашить разрез, ремонтные ферменты употребляют шаблон, который им подсовывают экспериментаторы. Шаблон можно синтезировать каким угодно, так что опосля зашивания разреза в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) возникает та последовательность, которая нужна исследователю. Так можно не только лишь заносить экспериментальные мутации, да и, к примеру, исправлять недостатки в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), которые могут привести к заболеваниям.
Если гласить о клинических перспективах, то разумеется, что CRISPR/Cas необходимо применять с зародышами: если поправить нехорошую мутацию в зародыше, получится здоровый организм. CRISPR/Cas некое время применяли к эмбрионам звериных, прямо до обезьян, но было ясно, что рано либо поздно дело дойдёт до людей. В 2015 году опыт с редактированием людского зародыша поставили исследователи из Института Сунь Ятсена. А в 2018 году Хэ Цзянькуй (He Jiankui) из Южного научно-технологического института объявил, что ему удалось при помощи CRISPR/Cas внести в людские зародыши мутацию, защищающую от ВИЧ (вирус иммунодефицита человека, вызывающий ВИЧ-инфекцию — заболевание, последняя стадия которой известна как синдром приобретённого иммунодефицита СПИД) – и, что самое основное, из этих зародышей родились две девченки.
В научно и околонаучном мире немедля поднялась буря по поводу того, как этично и неопасно применять CRISPR/Cas в клинических целях. Вопросец сохранности почти во всем сводится к тому, как буквально работает способ. Даже если CRISPR/Cas редактирует поточнее остальных схожих способов, это ещё не означает, что его точности довольно для мед использования.
В 2017 году в Nature Medicine вышла статья, в какой говорилось, что людские гены трудно исправлять при помощи CRISPR/Cas. Создатели статьи опирались на результаты компьютерного моделирования, но скоро стали появляться экспериментальные работы, которые обрисовывали излишние мутации в реальных зародышах, отредактированных CRISPR/Cas. Так, годом ранее мы писали о одном исследовании, размещенном в Nature Biotechnology: в нём говорилось, что в человечьих и мышиных клеточках, в каких поработал CRISPR/Cas, происходят внеплановые перестройки в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов).
Не так давно на веб-сайте bioRxiv возникло сходу три статьи на ту же тему – что CRISPR/Cas дозволяет для себя много излишнего. Во всех трёх вариантах речь идёт о человечьих зародышах, появившихся при оплодотворении в пробирке – они создавались конкретно для научных целей и не предназначались для пересадки дамам. В первой статье сотрудники Института Фрэнсиса Клика обрисовывают, как они редактировали ген POU5F1, участвующий в эмбриональном развитии. Всего зародышей было 18, и у 22% из их в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) рядом с редактируемым геном возникли побочные конфигурации, не предусматривавшиеся тестом. Конфигурации в неких вариантах оказывались достаточно огромные – из хромосомы могло пропасть около тыщи нуклеотидов.
В другом случае исследователи из Колумбийского института пробовали поправить у зародыша мутацию в гене EYS, из-за которой потом начинается пигментный ретинит, приводящий к слепоте (зародыши выходили при оплодотворении сперматозоидами с мутантным EYS). У половины зародышей опосля редактирования CRISPR/Cas оказались утрачены огромные сегменты на хромосоме рядом с геном EYS, а то и хромосома полностью.
В конце концов, в третьей статье сотрудники Орегонского института науки и здоровья пишут о побочных конфигурациях в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) у зародышей, которым пробовали поправить мутацию в гене MYBPC3, приводящую к сердечным заболеваниям. Это продолжение их тестов с человечьими зародышами и сердечной мутацией, о которых мы писали три года вспять. Мутацию поправить удавалось, но попутно в хромосоме с геном MYBPC3 появлялись какие-то недостатки.
Не факт, что все эти хромосомные конфигурации могли бы привести к заболеваниям либо аномалиям развития. С иной стороны, тем девченкам, которых при помощи CRISPR/Cas попробовали защитить от ВИЧ (вирус иммунодефицита человека, вызывающий ВИЧ-инфекцию — заболевание, последняя стадия которой известна как синдром приобретённого иммунодефицита СПИД), могло повезти, и редактирующий аппарат сработал у их буквально. Но для того, что применять CRISPR/Cas в мед целях, его, что именуется, необходимо доводить до мозга. Необходимо осознать, в которых вариантах он провоцирует те либо другие побочные конфигурации в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), с какой возможность, и какие молекулярные механизмы здесь задействованы.
И пусть он никогда не станет полностью четким, всё же те предки, которым захочется освободить грядущего ребёнка от ненужной мутации, должны знать, с какой вероятностью они сумеют получить здоровый зародыш, не отягощённый побочными недостатками от генетической редактуры.
По материалам The Scientist.
Источник: