Коррекция для каждой клетки

Нас уже отнюдь не удивляет сочетание «коррекция ДНК». За последнее десятилетие этот процесс стал обыденностью благодаря появлению системы CRISPR, которая позволила изменять гены внутри живых клеток, произведя тем самым настоящую революцию в молекулярной биологии. Сегодня для более эффективной коррекции генов ученые начали использовать специальные молекулы – ретроны. Информация об этом была недавно опубликована в журнале Nature Chemical Biology.

Возможность изменять генетические структуры открывает перед человечеством небывалые перспективы. Поработав с геномом, мы научимся не только избегать наследственных болезней, но и проектировать заранее определенные физические качества, говорят футурологи.

В апреле 2015 года китайским ученым удалось блокировать ген, вызывающий редкое заболевание крови. Правда, разработанная ими технология была далека от совершенства: она позволяла удалять целевой код лишь в 40% случаев, а правильно отключать гены – в 20% случаев.

Позднее исследователи из Гарварда и Массачусетса решили воздействовать на гены ожирения. За предрасположенность к ожирению отвечает вариант гена FTO. Мутации FTO приводят к повышению уровня грелина – гормона, ответственного за аппетит и чувство голода, вынуждая владельца мутировавшего гена постоянно есть, а также провоцируют избыточную активность генов IRX3 и IRX5, отвечающих за формирование клеток жировой ткани.

Для блокировки FTO была использована технология CRISPR-Cas9. Ее применение привело к тому, что уровень активности IRX3 и IRX5 снизился, а клетки, находившиеся в процессе развития, реже становились жировыми.

Как обычно, первыми подопытными стали грызуны, которым ввели генно-модифицированные жировые клетки. Результат превзошел все ожидания. Мыши стали с удивительной скоростью терять вес. При этом животным не увеличивали физические нагрузки и не меняли рацион питания. Животные продолжали худеть даже во сне! В итоге им удалось уменьшить изначальный вес в два раза.

По мнению специалистов, человеческие клетки должны реагировать на такое «генное редактирование» аналогичным образом. Правда, еще неизвестно, годится ли данная методика для коррекции генетической склонности к ожирению и какие побочные эффекты может вызвать ее применение. Да и на людях она пока не проверялась.

Несмотря на многочисленные вопросы, разработки в области генной коррекции сочли перспективными. Некоторые исследователи задумались: а почему бы не использовать генные технологии не только для предупреждения болезней, но и для улучшения человеческой породы в целом?

По словам специалиста по робототехнике Роба Нейла, в относительно скором времени в моду войдет «дизайн» младенцев. Еще в утробе эмбрион скорректируют так, чтобы свести к минимуму генетические дефекты. Вероятно, родители сами будут решать, какими качествами должно обладать их чадо. Допустим, они могут «заказать» для ребенка высокий рост или увеличенный объем легких, если пожелают, чтобы он занимался каким-то видом спорта. Наверное, можно будет и генетически задавать интеллектуальные свойства. Сегодня уже существуют исследования, показывающие, что уровень интеллекта также зависит от работы определенных генов.

А теперь давайте посмотрим, как работает система CRISPR. Сначала из генома клетки при помощи белка Cas9 вырезают участок ДНК, а затем заменяют его новым генетическим материалом, который носит название «шаблонная ДНК» и производится искусственным путем в лаборатории. Однако в процессе этой операции отредактировать можно одну-единственную клетку. Поэтому возможность генетической коррекции существенно ограниченна.

Чтобы отредактировать большое количество клеток, требуется равноценное число копий шаблонной ДНК. Помочь в этом могут ретроны – защитные инструменты, которые используются живущими в нашем организме бактериями для изменения ДНК при попадании инфекции. Защищая клетки, ретроны производят множество копий ДНК, причем делают это прямо внутри каждой клетки.

Выяснилось, что ретроны можно доставлять в клетки вместе с остальными компонентами CRISPR. Это позволит клеткам одновременно получать весь материал, необходимый для запуска процесса генетической коррекции, в том числе генетические коды для шаблонной ДНК, Cas9, а также молекулы, способствующие отслеживанию внесенных изменений.

Если раньше требовалось вводить в клетку все нужные элементы по отдельности, то теперь фактически вводить нужно только один элемент, в котором уже все содержится. Это значительно упрощает процесс редактуры.

Специалисты Института Глэдстоун (США) в экспериментальных целях разработали сотни новых вариантов ретронов кишечной палочки. Отследив мутации, они поняли, что некоторые из этих вариантов способны производить в восемь – десять раз больше шаблонной ДНК, чем в стандартном случае. После этого оптимизированная система редакции генов была испытана на культурах, полученных из пекарских дрожжей (грибке Saccharomyces cerevisiae) и клеток человеческого организма. Оказалось, что эффект достигался во всех случаях. Причем можно точно задать количество копий шаблонной ДНК. Выявлена и такая закономерность: чем больше этих копий производится ретронами, тем эффективнее пройдет редактирование генома.

Хотя у ряда экспертов есть сомнения на эту тему. Так, биоэтик из Колумбийского университета Джозефина Джонстон считает: «Прежде чем понять, можно ли методику CRISPR применять на человеческих эмбрионах, нужно понять, как будут отредактированные гены передаваться будущим поколениям и есть ли у нас возможность вернуть геном к прежнему состоянию».

В то же время ее коллега Роб Нейл не так категоричен в своих высказываниях. Он полагает, что главное – провести черту между этичным и неэтичным. В целом же редактирование генома запрещать не стоит. В любом случае рано или поздно достижения генной инженерии изменят нашу жизнь.