Новый метод позволяет сделать CRISPR-терапию безопаснее
Ученые из Техасского университета в Остине сделали важный шаг к созданию более безопасных методов генного редактирования для лечения опасных заболеваний — от рака и ВИЧ до болезни Хантингтона. Они разработали технику, которая позволяет обнаруживать ошибки, которые популярный инструмент CRISPR может внести в индивидуальный геном. Исследование опубликовано в журнале Cell.
CRISPR уже используется для редактирования генетического кода почти любого организма. CRISPR-редактирование окажет огромное влияние на здоровье человека. Уже ведутся более десятка клинических испытаний с использованием CRISPR на человеческих клетках, но у подхода есть недостатки. В теории редактирование должно работать как исправление опечатки в документе с помощью автокоррекции. Однако молекулы CRISPR — белки, которые находят и редактируют гены, — иногда нацеливаются на неправильные гены, действуя как автокоррекция, превращающая правильно написанные слова в опечатки. Редактирование не того гена может создать новые проблемы, например, превратить здоровые клетки в раковые.
Команда UT Austin разработала способ быстро протестировать молекулу CRISPR на всем геноме человека, чтобы предсказать, с какими участками ДНК, помимо целевого, она может взаимодействовать. Этот новый метод, по их словам, представляет собой значительный шаг к тому, чтобы помочь врачам адаптировать генную терапию для отдельных пациентов, обеспечивая безопасность и эффективность.
«Вы и я отличаемся примерно в 1 миллионе мест нашего генетического кода, — говорит Илья Финкельштейн, доцент кафедры молекулярных бионаук UT Austin и главный исследователь проекта. — Из-за этого генетического разнообразия редактирование человеческих генов всегда будет индивидуальной терапией».
Исследователи использовали DIY-подход для разработки оборудования и программного обеспечения для своей техники, создав CHAMP (Chip Hybridized Affinity Mapping Platform) на основе существующих лабораторных технологий. Основой теста является стандартный чип для секвенирования генома нового поколения, уже широко используемый в исследованиях и медицине. Два других ключевых элемента — дизайн напечатанного на 3D-принтере держателя для чипа под микроскопом и программное обеспечение для анализа результатов — являются открытыми. В результате другие исследователи могут легко воспроизвести технику в экспериментах с CRISPR.
«Если мы собираемся использовать CRISPR для улучшения здоровья людей, нам нужно убедиться, что мы минимизируем побочный ущерб, и эта работа показывает способ сделать это», — говорит Стивен Джонс, научный сотрудник UT Austin и один из трех соавторов статьи.
Энди Эллингтон, профессор кафедры молекулярных бионаук и вице-президент по исследованиям Прикладных исследовательских лабораторий UT Austin, также является соавтором статьи. Он отмечает, что этот метод также иллюстрирует непредсказуемые побочные преимущества новых технологий.
«Секвенирование генома нового поколения было изобретено для чтения геномов, но здесь мы перевернули технологию с ног на голову, чтобы охарактеризовать, как CRISPR взаимодействует с геномами, — говорит Эллингтон. — Изобретательные люди, такие как Илья, берут новые технологии и расширяют их в новые сферы».
Эта работа также может помочь исследователям предсказать, с какими сегментами ДНК будет взаимодействовать определенная молекула CRISPR, еще до тестирования на реальном геноме. Это происходит потому, что они раскрывают основные правила, которые молекулы CRISPR используют для выбора своих мишеней. Например, они обнаружили, что тестируемая ими молекула CRISPR, называемая Cascade, обращает меньше внимания на каждую третью букву в последовательности ДНК, чем на остальные.
«Так что, если бы она искала слово "shirt" ("рубашка"), а вместо этого нашла слово "short" ("короткий"), она могла бы с этим смириться», — говорит Джонс.
Это звучит нелогично, но может быть очень полезным. CRISPR произошел от естественной защиты бактерий, используемой против быстро эволюционирующих вторгающихся вирусов. Хорошая защита видит сквозь небольшие изменения в вирусном генетическом коде.
Знание этих правил приведет к созданию лучших компьютерных моделей для прогнозирования того, с какими сегментами ДНК, вероятно, будет взаимодействовать конкретная молекула CRISPR. А это может сэкономить время и деньги при разработке персонализированной генной терапии.