Что такое редактирование генов CRISPR и как оно работает?

Технология редактирования генов CRISPR/Cas9 захватила научный мир, поскольку она проще, дешевле и эффективнее предыдущих стратегий модификации ДНК.

Что делает CRISPR/Cas9?

CRISPR/Cas9 — это система, обнаруженная в бактериях и участвующая в иммунной защите. Бактерии используют её, чтобы разрезать ДНК вторгающихся бактериальных вирусов.

Сегодня мы адаптировали этот молекулярный механизм для другой цели — изменять любые выбранные «буквы» в генетическом коде организма. Это можно использовать для исправления вызывающих болезнь ошибок в ДНК или для улучшения генетического кода сельскохозяйственных культур, скота или, возможно, даже людей.

Поскольку животные и растения состоят из миллионов клеток с одинаковой ДНК, редактировать нужно на самой ранней стадии — в одноклеточном эмбрионе.

Cas9 — это техническое название «ножниц», уничтожающих вирусы, которые эволюционировали в бактериях. Часть названия CRISPR происходит от повторяющихся последовательностей ДНК, которые указывали ножницам, какую часть ДНК нужно разрезать.

Найти, разрезать и вставить

Чтобы нацелить «ножницы» Cas9, мы связываем их с искусственным гидом, который направляет их к соответствующему участку ДНК. Мы создаём гида с кодом, который выстроится только с одной частью нашего генома длиной в 3 миллиарда пар оснований — это похоже на поиск в Google.

Как только Cas9 разрезает ДНК в нужном месте, клетка пытается восстановить разрыв, используя любую доступную ДНК. Поэтому мы также вводим новый ген, который хотим вставить.

Новый ген-донор находит правильное место для встраивания благодаря случайной диффузии (броуновскому движению). Сначала гид находит правильное место для разреза, а затем новая ДНК-донор выстраивается в нужном месте и постоянно вшивается в цепь ДНК с помощью естественных механизмов репарации.

Недавно были созданы новые системы редактирования CRISPR, которые даже не требуют разреза ДНК. В этом случае система CRISPR/Cas и гида может доставить фермент к определённому гену и изменить его, например, превратив A в G или C в T, без вырезания или вставки.

Что мы делаем с CRISPR/Cas9?

Большинство экспериментов используют эмбрионы мышей или клетки, выращенные в чашках Петри. Другие исследователи модифицируют стволовые клетки, которые затем можно повторно ввести пациентам для восстановления повреждённых органов.

Лишь несколько лабораторий в мире работают с ранними человеческими эмбрионами. Эти исследования строго регулируются. Другие работают с растительными клетками, так как из нескольких клеток можно вырастить целые растения.

По мере обучения возможности CRISPR/Cas9 будут расширяться. Однако каждый организм и каждая клетка разные. Всё в организме взаимосвязано, поэтому необходимо учитывать непредвиденные побочные эффекты и этику изменения генов. Прежде всего, обществу следует обсудить и согласовать, чего мы хотим достичь.