Революция в геномной инженерии: опубликован обзор истории и будущего системы CRISPR-Cas9
Геномная инженерия с помощью направляемой РНК системы CRISPR-Cas9 в животных и растениях меняет биологию. Она проще в использовании и эффективнее других инструментов генной инженерии, поэтому уже применяется в лабораториях по всему миру всего через несколько лет после своего открытия. Эта быстрая адаптация и история системы являются основными темами обзора, опубликованного в авторитетном журнале Science. Обзор написали первооткрыватели системы: профессор Эмманюэль Шарпантье, работающая в Центре исследования инфекций имени Гельмгольца (HZI) и также связанная с Ганноверской медицинской школой и Университетом Умео, и профессор Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли, США.
Многие заболевания возникают из-за изменения ДНК индивидуума — буквенного кода, из которого состоят гены. Определенный порядок букв в гене обычно кодирует белок. Белки — это рабочая сила нашего тела, ответственная почти за все процессы, необходимые для его функционирования. Когда ген изменен, его белковый продукт может потерять нормальную функцию, что приводит к нарушениям. «Поэтому внесение сайт-специфических изменений в геном представляет собой интересный подход для предотвращения или лечения таких заболеваний», — говорит профессор Эмманюэль Шарпантье, руководитель исследовательского отдела HZI «Регуляция в биологии инфекций». Из-за этого, с момента открытия структуры ДНК, исследователи искали способ изменить генетический код.
Первые технологии, такие как цинковые пальцы-нуклеазы и синтетические нуклеазы TALEN, стали отправной точкой, но оказались дорогими и сложными для новичка. «Существующие технологии зависят от белков как адресных меток, а создание новых белков для каждого нового изменения, которое нужно внести в ДНК, — это громоздкий процесс», — говорит Шарпантье. В 2012 году, работая в Университете Умео, она описала то, что сейчас революционизирует генную инженерию: систему CRISPR-Cas9.
Она основана на иммунной системе бактерий и архей, но также представляет ценность в лаборатории. CRISPR — это сокращение от Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами), а Cas просто означает CRISPR-ассоциированный белок. «Изначально мы идентифицировали новую РНК, а именно tracrRNA, связанную с системой CRISPR-Cas9, о чем мы опубликовали в 2011 году в журнале Nature. Мы были взволнованы, когда Кшиштоф Хилински из моей лаборатории впоследствии подтвердил давнюю идею: Cas9 — это фермент, который функционирует с двумя РНК», — говорит Шарпантье.
Вместе система обладает способностью обнаруживать специфические последовательности букв в генетическом коде и разрезать ДНК в определенной точке. В этом процессе белок Cas9 функционирует как ножницы, а фрагмент РНК — как адресная метка, обеспечивающая разрез в нужном месте. В сотрудничестве с Мартином Джинеком и Дженнифер Дудна систему удалось упростить для использования в качестве универсальной технологии. Теперь пользователю достаточно просто заменить последовательность этой РНК, чтобы нацелиться практически на любую последовательность в геноме.
После описания общих возможностей CRISPR-Cas9 в 2012 году, в начале 2013 года было показано, что она работает в человеческих клетках так же эффективно, как и в бактериях. С тех пор вокруг темы возникла настоящая шумиха, и исследователи со всего мира предложили новые области, в которых можно использовать новый инструмент. Возможные применения простираются от разработки новых методов лечения генетических нарушений, вызванных мутациями генов, до изменения темпа и направления сельскохозяйственных исследований в будущем, и даже до возможного нового метода борьбы с вирусом СПИДа ВИЧ.
«Система CRISPR-Cas9 уже преодолела границы и сделала генную инженерию гораздо более универсальной, эффективной и простой», — говорит Шарпантье. «Кажется, действительно нет предела для ее применений».