Genų redagavimo technologija naudojant CRISPR-Cas9 sistemą gali sukelti daugybę nepageidaujamų mutacijų. Tokią išvadą padarė Kolumbijos universiteto medicinos centro mokslininkai. „Lenta.ru“pasakoja apie naują tyrimą, kurio rezultatai buvo paskelbti žurnale „Nature Methods“.
CRISPR / Cas9 yra molekulinis mechanizmas, egzistuojantis bakterijų viduje ir leidžia joms kovoti su virusais su bakteriofagais. CRISPR yra „kasetės“mikroorganizmo DNR, sudarytos iš pasikartojančių skyrių ir unikalių sekų, vadinamų tarpinėmis. Pastarieji yra virusinės DNR fragmentai. Iš esmės CRISPR galima laikyti duomenų banku, kuriame yra informacijos apie patogenų genus. Cas9 baltymas naudoja šią informaciją teisingai identifikuoti svetimą DNR ir padaryti ją nekenksmingą pjaustant tam tikroje vietoje.
- „Salik.biz“
„CRISPR / Cas9“tikslumas leidžia ją naudoti kaip genų redagavimo įrankį, kuris yra daug efektyvesnis nei anksčiau naudoti metodai. Tyrėjai į ląstelę įterpia DNR kasetę, kurioje yra Cas9 baltymo genas, ir regioną, koduojantį specialią taikomą RNR molekulę (sgRNR), kurioje turi būti pakeisti genomo pokyčiai. Pastaroji gali prisitvirtinti tam tikroje genomo vietoje, nurodydama „Cas9“, kur reikia pjaustyti. Tada galite įterpti norimą geną ar genų grupę į tarpą, sukurdami modifikuotą ląstelę.
CRISPR / Cas9 pranašumas yra tas, kad jis gali atlikti tikslius pakeitimus, sumažindamas nepageidaujamų pjūvių (tikslinio poveikio) kitose genomo dalyse skaičių. Be to, tai taupo laiką ir pinigus - skirtingai nuo kitų plačiai naudojamų metodų, kuriuose naudojami nukleazės fermentai. CRISPR sistema yra labiau tinkama situacijose, kai reikia ištaisyti kelis gedusius genus iš karto, nes jai tereikia sintetinti atitinkamą sgRNR. Nukleazių atveju kiekvienai specifinei DNR vietai reikia surinkti savo specifinį fermentą, kuris yra ilgesnis ir brangesnis.
CRISPR / Cas9 meninio vaizdo kreditas: Steve'as Dixonas / Feng Zhang / MIT
Ši technologija greitai išpopuliarėjo ne tik tarp mokslininkų, bet ir populiariojoje kultūroje. Pavyzdžiui, kai kuriuose naujojo „X-Files“sezono epizoduose jis rodomas kaip masinio naikinimo ginklas. Savo susirūpinimą taip pat išreiškė JAV nacionalinės žvalgybos direktorius Jamesas Clapperis, kuris mano, kad genų inžinerija kelia grėsmę. Tačiau bet kokia technologija yra pavojinga, jei naudojama neteisingai. Pavyzdžiui, netinkamas ir dažnas antibiotikų vartojimas, išgelbėjęs šimtų tūkstančių žmonių gyvybes, skatina antimikrobinėms medžiagoms atsparių superbugų atsiradimą.
Nepaisant fikcijos, pats CRISPR / Cas9, kaip ir antibiotikai, negali būti naudojamas kaip žmonių naikinimo ginklas. Bet jūs galite sukurti modifikuotus organizmus, tokius kaip uodai, kurie paskleis defektų geną jų populiacijoje, o tai gali sukelti stiprų kraują siurbiančių vabzdžių skaičiaus sumažėjimą. Biologai ragina būti ypač atidūs tokiems pritaikymams.
Imuninės ląstelės puola vėžinį augimą Nuotrauka: Steve'as Gschmeissneris / Mokslo nuotraukų biblioteka
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tuo pačiu metu daugelis biotechnologijų mano, kad šios technologijos leis sėkmingai gydyti pavojingas ligas, įskaitant tas, kurias sukelia genetinės priežastys. Pavyzdžiui, 2016 m. Pabaigoje Kinija jau eksperimentavo su agresyvaus plaučių vėžio gydymu. Paciento imuninės ląstelės buvo pašalintos, o genas, slopinantis kovą su piktybiniais navikais, buvo išjungtas. Genomo modifikavimo procedūra buvo sėkminga, o ląstelės buvo vėl įvestos į paciento kūną.
CRISPR / Cas9 turi savo trūkumų. Taigi, molekulinėmis „žirklėmis“sulaužyta DNR praranda dalį sekos, kuri neleidžia „taško“redaguoti, tai yra, pakeisti vieną atskirą nukleotidą. Biotechnologai kuria patobulintas sistemos versijas, įveikdami šiuos apribojimus. Pavyzdžiui, Pietų Korėjos tyrėjai sujungė fermentą „Cas9“su kitu baltymu - citidino deaminaze. Tai išmokė CRISPR / Cas9 atlikti vieno nukleotido pakeitimus.
Tačiau yra ir kita problema. Tiesa ta, kad ši technologija taip pat gali sukelti nepageidaujamas mutacijas, o mokslininkai dar nevisiškai supranta, kaip tai galima pašalinti. Gydant žmones rizika vis dar nepagrįstai didelė: šalutiniai genomo pokyčiai gali labai pakenkti sveikatai.
Tam tikri algoritmai gali numatyti, kur genome galima atlikti nereikalingus pakeitimus. Jie veikia labai gerai, kai CRISPR modifikuoja atskiras ląsteles ar audinius, tačiau nėra naudojami, kai kalbama apie gyvus organizmus.
CRISPR / Cas9 struktūra Nuotrauka: Ianas Slaymakeris / Platus institutas
Pavyzdžiui, Kolumbijos universiteto biotechnologai panaudojo technologijas, skirtas pašalinti mutacijas, sukeliančias pigmento retinitą. Tuo tikslu iš paciento buvo paimtos odos ląstelės ir perprogramuotos į kamienines ląsteles. Tuomet defektas buvo ištaisytas naudojant CRISPR kasetę. Tokias modifikuotas ląsteles galima paversti tinklainės ląstelėmis ir persodinti pacientui, kad būtų atkurtas regėjimas.
Be to, tie patys mokslininkai sukūrė genetiškai modifikuotas peles, kurioms zigotos stadijoje buvo sušvirkšta CRISPR. Tada tyrėjai suklasifikavo (nustatė nukleotidų seką) visą pelių genomą. Nors CRISPR sėkmingai ištaisė geną, kuriame defektas sukėlė aklumą, jame taip pat buvo atlikta per 1500 pavienių nukleotidų mutacijų ir daugiau kaip 100 delecijų (trumpų pjūvių pašalinimų) ir intarpų. Nė vienas iš šių nepageidaujamų pokyčių nebuvo numatytas kompiuterio algoritmais.
Genomo modifikavimas yra geras būdas gydyti paveldimas ligas, kurios šiuo metu yra nepagydomos. Anot Stepheno Tsango, jis ir jo bendraautoriai mano, kad genų inžinerijos mokslininkams svarbu žinoti apie galimą nepageidaujamų mutacijų pavojų, kylančius redaguojant DNR. Tokios mutacijos apima ir nukleotidų pakaitalus koduojančiuose genomo regionuose, ir nekoduojančiuose regionuose, kur yra reguliavimo elementai (jie kontroliuoja genų aktyvumą).
Nepaisant mutacijų, pelėms sekėsi gerai. Biotechnologai išlieka optimistiški genų terapijos atžvilgiu, nes bet kokia medicininė intervencija turi šalutinį poveikį. Jums tiesiog reikia žinoti, kokie jie yra. Ateityje tai patobulins technologiją, kad sumažintų tikslinį poveikį.
Aleksandras Enikejevas