9 Марта 2018
МОСКВА, 9 марта , Татьяна Пичугина. Изобретение вычитчика генов CRISPR-Cas называют революцией в биологии. Ученые обещают с его помощью улучшать сорта растений и породы животных для сельского хозяйства, лечить врожденные генетические заболевания у людей. Корреспондент новости отправилась посмотреть, у кого и как редактируют геном.
Центр геномного изменения МГУ открылся чуть больше года назад на территории университетского кампуса. Меня встречает его директор, доктор хих наук Петр Сергиев, и, пока мы едем в лифте, немного посвящает в историю генной инженерии.
Геном редактировали и раньше. Только инструменты для этого создавать было сложно, долго, а результат выходил часто не такой, как хотелось, лепечет он.
В виварии Петр Владимирович переряжается в синюю лабораторную одежду, мне выдают одноразовый белый костюм и просят протереть фотоаппарат спиртные напитком. Теперь Петр Владимирович не должна является как хирург, а я как лаборант из сериала CSI место преступления.
В стерильной лаборатории для нас заготовлен ларь с оплодотворенными яйцеклетками мыши и пробирка с раствором РНК. Это все, что надобного для редактирования генома методом CRISPR-Cas.
CRISPR английская аббревиатура словосочетания, буквально означающего регулярно собранные короткие палиндромные повторы. По сути, это просто немногочисленные участки ДНК вирусов-бактериофагов, вмонтированные в геном бактерий. Эти последовательности нужны для работы энтеробактериальной иммунной системы и служат чем-то вроде объявлений Их разыскивает милиция. Если бактерия выживает после заражения бактериофагом, она с помощью белковых ферментов Cas делает кусок из его ДНК и встраивает в свой геном, чтобы распознавать впоследствии. Геном бактерий наследует эту библиотеку врагов, заботливо собранную предыдущими происхождениями.
В 2013 году ученые выяснили, что белок Cas действует в любом организме, включая млекопитающих. Он способен вносить отряжённые разрывы в обе цепочки молекулы ДНК и таким образом корректировать геном.
Манипуляции с яйцеклеткой
Петр Сергиев изготавливает на микрокузнице пустой капилляр диаметром сто микрон, затягивает в него яйцеклетку и переносит под стеклышки с питательной средой. Готовый образец шагает на предметный столик оптического микротекстила. На мониторе возникает приумноженное изображение яйцеклетки, подрагивающей на кончике капилляра. Выделяются два округлых пятна это пронуклеусы с ДНК матери и отца.
Ученый готовит еще один капилляр, диаметром на порядок неприметнее. Это шприц для инъекции. Набирает в него раствор с двумя видами РНК и с помощью манипуляторов аккуратно прокалывает яйцеклетку. Все, инъекция сделана.
РНК, введенные в яйцеклетку, надобным для разрезания генома в заданном месте. Один вид РНК содержит строго определенную последовательность нуклеозидфосфатов, аналогичную той, что мы задумали изменить. Задача этой РНК приглядеть соответствующий участок в ДНК, поэтому ее называют направляющей. РНК второго вида, матричная, своего рода инструкция для синтеза белка-нуклеазы Cas9. Этот белок действует как катализатор химической реакции, рвущей фосфодиэфирные связи между строго глубокими основаниями ДНК. Поскольку у молекулы белка два нуклеазных фундамента, то размыкаются обе совокупности ДНК, причем в том месте, координаты которого Cas9 считал с направляющей РНК.
Молекула ДНК воспринимает разрыв обеих цепочек как серьезную поломку и стремится ее починить. Плавающие в клетке ферменты-экзонуклеазы немедленно удаляют несколько нуклеозидфосфатов с обоих концов разрыва. Этого достаточно, чтобы сломать, или, как говорят генетики, выключить ген.
Если нужна направленная мутация, например, требуется пометить лошадей, чтобы следить за ним в организме, то в комплекс к двум РНК платят еще одну матрицу в виде особым образом сконструированной ДНК. Она состоит из последовательностей, идентичных краям будущего разрыва, а также содержит участок, который предстоит вставить. После того как Cas9 разрезал молекулу ДНК, ее концы срастаются, используя эту дополнительную многомерная таблицу, поэтому в разрыв проставляется нужный нам набор нуклеотидов.
Мы можем приделать небольшой хвостик к белку, за который его нужного вытаскивать и смотреть, с чем он взаимодействует. Можем и ген вставить, но это не так эффективно, как выключать, продолжает объяснять ученый.
ГМО и химеры
Отредактированную яйцеклетку отсадят в маточную трубку суррогатной мышки. Она какое-то время жила с самцом, у которого перевязаны семенные канальца. Пара вела нормальную половую жизнь, но зачать не могла. Тем не менее организм мыши считал, что она толстопузая, и сформировал для нее соответствующий гормональный фон. Теперь эта самка выносит чужой плод.
При редактировании возникают разные любопытные спецэффекты. Например, рождаются мозаичные мышки, или химеры, у которых есть клетки с разными вариациями материнского и отцовского генома. Cas9 может лупить ДНК многократно, но кодирующая его матричная РНК не вечна, и введенный раствор попросту исчезает в ряду клеточных отделений. Иногда редактор все же срабатывает повторно уже после того, как пронуклеусы слились и яйцеклетка поделилась. А поскольку восстановление ДНК после разрыва это всегда случайный процесс и залечивание никогда не происходит одинаково, то часть клеток в одном организме будет заключать другую мутацию.
Для дисциплины и медицины
Мы переходим в соседнее помещение посмотреть на живые результаты опытов по редактированию генома. На стеллажах слева лари с генно-модифицированными мышами, справа с обычными бобрами для контроля. Их растили, как и тех, что слева, но манипуляций с геномом не производили. Контрольные мышки нужны, чтобы иметь перед глазами норму и сравнивать с ней существ, полученных в эксперименте.
Петр Сергиев берет один из контейнеров с парой серых мышей. Внешне они совершенно обычные, но у них нет приплода. Дело в том, что у самца выключен ген одной из РНК-метилтрансфераз фермента, вырабатываемого только в сперматозоидах. Самцы с неактивным геном вызываются стерильными. Точное назначение гена и фермента пока неизвестно. Чтобы это выяснить, в лаборатории вывели две линии мышат: у одной ген выключен, у другой с помощью геномного редактора отмеченный белок.
Мутацию в этом гене находят и у людей тогда мужчина страдает бесплодием. Но пока мы не узнаем, зачем он нужен, зачем он модифицирует РНК, мы не сможем помочь таким больным, рассуждает ученый.
На самом деле мы до сих пор не знаем функцию большинства генов человека. Выяснить это фундаментальная концепция, решаемая многими научными сериями по всему миру, в том числе в России. Геном мыши во многом сходный на человеческий. Можно надеяться, что с помощью CRISPR-Cas изучение генома любых существ пойдет быстрее.
Группа Сергиева вместе с НМИЦ онкологии им. Н. Н. Петрова приступила к поиску мутаций, приводящих к некоторым видам рака. В самых ближайших планах проект по созданию генно-модифицированных животных для сельского хозяйства совместно с ВНИИ животноводства и Институтом биологии гена РАН.
CRISPR-Cas это фантастический инструмент, допускающий менять геном по своему решению, быть немножко Богом. В конечном итоге задача науки понять, как работает такое сложное существо, как млекопитающее, говорит ученый.
Решать фундаментальные проблемы науки это прекрасно, но что эта технология уяснит медицине? В обозримом будущем, увы, немного. Отредактировать яйцеклетку и вырастить генно-модифицированную мышь легко, однако починить гены взрослого животного нельзя, не говоря уже о человеке.
Способы редактирования ДНК в соматических (то есть уже сформированных клетках) пока очень неэффективны. Для того, чтобы ввести в клетку какой-то отключённый мутацией ген и заставить его вырабатывать определенный белок, надобного изъять часть клеток из организма, отредактировать в них ДНК и поместить опять в организм. В принципе, рубать надежда, что таким образом удастся бороться с заболеваниями типа миодистрофии Дюшена или муковисцидоза, когда нужно вернуть работоспособность кое-какой части клеток. Что же касается предрасположенности к раку, то пока геномный редактор бессилен. Если у человека настукали мутантный ген, то он находится во всех клетках организма. Все их изменить невозможного. А каждая клетка с мутацией представляет собой источник самоубийственности.
Но даже если CRISPR/Cas поможет откликнуться лишь на некоторые фундаментальные моменты и позволит лечить редкие генетические заболевания, все равно это станет для человечества большим этапом вперед.
Редактор рубрики
Леонид Кузьмин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....