Сегодня - 25.03.2017

Геном под скальпелем бактерий

03 января 2017

Появившаяся несколько лет назад технология редактирования генома CRISPR-Cas произвела настоящую революцию в генетике. Предполагается, что с ее помощью будет возможно побеждать самые страшные заболевания и даже вносить коррективы в «генные программы» человечества, например, сделать его здоровее, умнее, сильнее. Так ли это на самом деле?

«CRISPR-Cas — это адаптивная иммунная система бактерий. До ее открытия никто не предполагал, что микробы обладают столь сложными механизмами защиты от вирусов. Как это ни удивительно, здесь реализуется ламарковская система наследования (наследование приобретенных изменений). Долгие годы ученые считали, что такого не бывает, многие и теперь так думают, но с конкретными фактами спорить трудно», — рассказывает известный биолог, сотрудник Национального центра биотехнологической информации США Евгений Викторович Кунин на лекции в Новосибирском государственном университете в рамках EUREKA!FEST-2016.
 
Евгений КунинТехнология основана на открытой недавно способности некоторых бактерий использовать кусочки собственной ДНК, чтобы находить проникший в нее вирус. У этих микроорганизмов в геноме есть что-то вроде пополняемой базы данных фрагментов вирусных последовательностей. На ее основе построена так называемая направляющая РНК, она сравнивает последовательности нуклеотидов с описанием «преступника», и когда они совпадают, направляет в данное место белок Cas9, который режет там ДНК на части, спасая бактерию от инфекции и гибели. Происходит изменение генома, делающее организм и его потомков адаптивными к тому или иному фактору среды. Пути эволюции этого механизма удивительны — оказывается, он возник из тех самых мобильных генетических элементов, с которыми призван бороться. 
 
Из бактериального оружия против вирусов ученые создали инструмент для изменения геномов. Вместо РНК-гида, наводящего Cas9 на место обнаружения вируса, было предложено использовать РНК, показывающую ферментам, в каком месте нужно резать хромосому в клетке организма, где CRISPR/Cas9 системы никогда не было. Для того чтобы залатать образовавшуюся «брешь», на помощь приходят собственные системы клеток — специальные ферменты «видят» разрыв в цепи ДНК и буквально «заштопывают» его, беря за образец ген из другой хромосомы.
 
«Так как система CRISPR-Cas узнает уникальную последовательность и режет ДНК в строго определенном месте, она представляет собой незаменимый инструмент геномной инженерии, — отмечает исследователь. — Она может выступать в качестве своеобразного «хирурга» для ДНК. Ничего подобного раньше молекулярные биологи делать не умели». 
 
«Как инструмент для видового редактирования эта технология — вещь если не идеальная, то близка к тому. Я думаю, что в ближайшее время предстоит очень много открытий в наших представлениях о том, чем могут быть биологические организмы», — говорит заведующий лабораторией геномной и белковой инженерии Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, руководитель направления синтетической биологии НГУ доктор биологических наук Дмитрий Олегович Жарков.
 
Исследователи отмечают: прежде всего, прорыва стоит ждать в редактировании генома растений и животных для сельского хозяйства. «В этом плане технология CRISPR-Cas очень обнадеживает, тем более если учитывать наши сегодняшние реалии, а именно — запрет использования ГМО в России. Пока редактирование генома при помощи CRISPR-Cas не попадает под действие этого закона, что очень приятно. Сейчас разрабатывается достаточно много проектов по ее применению в данной области, — говорит директор Института живых систем Балтийского федерального университета им. И. Канта кандидат биологических наук Максим Владимирович Патрушев. — Использовать CRISPR-Cas довольно легко, если у вас есть навык лабораторной работы: купил набор, покапал, получил результат. Проблема пока в том, что все имеющиеся подобные технологии запатентованы. Чтобы обходить подобные затруднения, нужны новые решения. Я думаю, в скором времени появятся исследовательские группы, которые их будут разрабатывать». 
 
Такого страха, как перед ГМО, по отношению к CRISPR-Cas среди обывателей пока не наблюдается. Максим Патрушев связывает это с тем, что технология еще не успела затронуть коммерческие интересы крупных компаний. 
 
Однако к излишне оптимистичным прогнозам будущего таких систем в редактировании генома человека ученые относятся сдержанно. Объявлять технологию CRISPR-Cas панацеей от всех болезней, по их мнению, пока точно не стоит. «Среди технологических оптимистов есть очень много рассуждений, что мы уже близки к тому, чтобы вносить изменения в геном человека для выращивания «нужных людей». Тут я испытываю сильный скептицизм. Уровень знаний о конкретных молекулярно-генетических механизмах работы нашей ДНК, связанных с поведением, на сегодняшний день невысок. И, учитывая сложность вклада генов в такие признаки, как, например, интеллект, я бы в ближайшие 50 лет не ждал никаких серьезных открытий с точки зрения редактирования генома», — заметил научный сотрудник лаборатории возрастной психогенетики Психологического института им. Л.Г. Щукиной РАО Илья Михайлович Захаров.
 
Илья Захаров
 
«Мы пока вообще очень мало понимаем в том, как одно изменение, внесенное в геном человека, в конечном итоге отзовется на всей совокупности признаков, для него характерных. В ближайшие полвека, может быть, не стоит ждать прорыва в выведении «супергениев», но, возможно, некоторые болезни будут ликвидированы как класс. А в животноводстве и растениеводстве, я думаю, уже в ближайшие годы мы увидим результаты введения этих новых технологий», — комментирует Дмитрий Жарков.
 
Отдельного внимания заслуживает этический вопрос. Уже в прошлом году технологию CRISPR-Cas использовали для редактирования ДНК ранних эмбрионов человека (для этого специально были взяты эмбрионы с серьезными хромосомными нарушениями, которые в ребенка развиться не могли). Если в дальнейшем будет разрешено ее применение на людях, мы напрямую будем вмешиваться в формирование популяционного генетического фонда, то есть возьмем на себя роль эволюции. Готовы ли мы к такой ответственности? К каким последствиям это приведет?
 
Как заметил Илья Захаров, предугадать ответ здесь невозможно, ведь для чистоты эксперимента нам бы пришлось изучить два человечества — то, которое это делает, и то, которое нет. Одно пока известно: редактировать ДНК эмбриона гораздо проще и эффективнее, чем геном взрослой особи, поскольку, чем меньше клеток, тем проще сделать замену, чтобы она потом распространилась по всему организму. Сделать это во всех «взрослых» дифференцирующихся клетках уже намного сложнее (особенно учитывая, что мы пока не знаем полностью тонкостей и механизмов их работы и взаимодействия). 
 
Дмитрий Жарков заметил, что на сегодняшний день существует не так много технологий, которые бы были созданы, а потом не использовались по этическим причинам. Ученые уверены: как только людям будет выгодно применять CRISPR-Cas, как только они научатся побеждать с ее помощью конкретные заболевания, вопросы по этике не будут такими острыми. «Много людей можно будет спасти, а с последствиями мы как-нибудь разберемся», — улыбается Илья.
 
Диана Хомякова
 
Фото: Konrad Foerstner (commons.wikimedia.org)(1), Анастасии Федоровой (Фотоклуб НГУ) (2), из открытых источников (анонс)
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (1 vote)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus