Новая технология позволит легко перезаписывать генетический код живых организмов

Ctrl+C, Ctrl+V.

Всего пару хитростей и ученые могут разрезать и вставлять ДНК внутрь живых клеток благодаря новой многообещающей технологии, которая делает доступным все, от тестирования новых лекарств до лечения генетических заболеваний.

Кроме того, исследователи недавно обнаружили способ сделать процесс намного дешевле и проще, как утверждает статья, опубликованная в научном журнале "Developmental Cell". Теперь менее чем за 100 долларов, ученые могут получить все необходимые ключевые материалы для полной модификации генома организма, или его полного набора ДНК.

Такой прогресс основан на технике, которая позволяет ученым выделить специфический ген CRISPR-Cas9 и вырезать-и-вставить кусочки ДНК, чтобы изменить его функционал. Дженифер Дугна из Беркли (UC) с коллегами первыми обнаружили этот естественный процесс, который используют бактерии для защиты от вирусов. Однако, эта техника еще круче - она, по существу, дает ученым возможность перезаписать определенный кусочек генетического кода организма, причем даже человеческого.

"Выкусывание" наших генов.

Вот как это работает: когда бактерия встречает ДНК вируса, она создает прядь РНК, молекулярную родственницу ДНК, которая совпадает по последовательности с вирусной ДНК, известной как ведущая РНК. Ведущая РНК пакуется в белок (часть Cas9 в названии CRISPR-Cas9), и вместе они отправляются на поиск соответствующего вируса. Когда они его находят, белок начинает работать ножницами, разрезая и уничтожая вирусную ДНК.

Такой же процесс можно использовать для разрезания и вставки ДНК практически в любой тип живой клетки. Например, вместо того, чтобы использовать белок для вырезания вируса, можно вырезать ДНК в человеческой клетке и заменить той ДНК, которую выберут ученые. Таким образом станет возможной замена испорченной версии гена его на здоровую версию.

У людей есть примерно 20-25 тысяч генов, которые кодируют белки, выполняющие жизненно важные функции в наших клетках. Но наш генетический чертеж имеет огромное количество других непонятно зачем нужных ДНК. Проект-наследник проекта человеческого генома, Энциклопедия элементов ДНК (ENCODE), смог определить, что делает 80 процентов нашего полного набора ДНК, а вот назначение остального пока остается загадкой.

В новом исследовании исследователи разработали методику, которая упрощает создание ведущих молекул, которые размещают ДНК, подлежащее вырезанию. Исследователи в шутку назвали процесс “CRISPR-EATING”, что означает что-то вроде: “все, что доступно, обращается в новые носители”. Чтобы продемонстрировать технику, исследователи конвертировали около 90 процентов ДНК обычной кишечной бактерии E. coli (той, которая безопасна, а не той, от которой может заболеть живот) в 40 тысяч различных ведущих молекул. Каждую из этих молекул можно направить на любую часть ДНК, которую нужно модифицировать.

Например, если ученые захотят разузнать что делает данный конкретный ген, все что нужно сделать, это разрезать его и посмотреть что будет. Тысячи таких ведущих молекул можно ввести в различные клетки одновременно - такой процесс называется генетический скрининг. С помощью этих скринов можно узнать что именно сформировало данный ген и может ли это привести к заболеванию.

Наблюдение за растущим эмбрионом

Однако исследователи, которые придумали эту новую технологию, хотят сделать еще кое-что. Они планируют отслеживать хромосомы, плотно скрученные пакеты ДНК, содержащие гены, в процессе деления клеток. Они надеются разобраться что управляет размером ядра, центральной части клетки, содержащей ДНК, а также с другими компонентами клетки в процессе ее развития в многоклеточный организм.

"Эта технология позволит нам нарисовать всю хромосому и наблюдать за ней живьем и реально следить за ее трансформациями, например в эмбрион", рассказывает в пресс-релизе соавтор исследования Ребекка Хилд, молекулярный биолог университета UC Беркли. Это важно потому, что дает возможность исследователям следить за изменениями размеров и структуры хромосом по мере деления клеток - и потенциально обнаруживать изменения, которые могут приводить к заболеваниям.

Ранее в этом году, ученые из Китая вызвали множество споров по поводу их сообщения о том, что они использовали технику редактирования генов на человеческих эмбрионах. Отбирались для тестов только нежизнеспособные эмбрионы. Однако поступали предупреждения о том, что может возникнуть проблема этики и безопасности при применении этой технологии на людях.

Одной из причин беспокойства стал тот факт, что техника пока еще далека от необходимой точности, и приводит к случайным мутациям в других частях генома. Из 86 эмбрионов, которые китайские ученые пытались изменить, только 28 были успешно изменены, и только малая часть содержала заданную ДНК. Чтобы технология стала безопасной, точность должна приблизиться к 100%.

Недавно ученые снизили уровень нежелательных мутаций до 40%, что приближает технологию к безопасному использованию на людях. Останется только преодолеть этический барьер.


(источник) (источник) (источник)