Генная инженерия без побочных эффектов помогает бороться с паразитами

Модифицированные генетические ножницы CRISPR-Cas9 позволяют исследователям из Цюрихского университета вносить изменения в генетический материал одноклеточных организмов, неотличимые от естественных мутаций. Этот метод позволяет разработать безвредную экспериментальную живую вакцину против широко распространенного паразита Toxoplasma gondii.

Около трети населения мира является носителем Toxoplasma gondii. Этот паразит опасен для людей с ослабленным иммунитетом и может вызывать пороки развития у плода. Одноклеточный патоген также наносит экономический ущерб сельскому хозяйству, например, увеличивая риск выкидышей у овец.

Паразит имеет сложный жизненный цикл и заражает практически всех теплокровных существ, включая диких грызунов и птиц. В домашний скот, а следовательно, и в организм человека, он попадает исключительно через кошек. Именно у кошек образуются инфекционные стадии, которые выделяются с фекалиями в окружающую среду в виде инкапсулированных ооцист и оттуда попадают в пищевую цепь.

«Если нам удастся предотвратить образование этих ооцист, мы сможем снизить заболеваемость токсоплазмозом среди людей и животных», — говорит Адриан Хель, профессор паразитологии и вице-декан по исследованиям и развитию академической карьеры ветеринарного факультета Цюрихского университета. Он и его исследовательская группа разработали методы, делающие такое вмешательство возможным.

Живая вакцина защищает кошек от естественного заражения

В более ранних исследованиях команда уже определила различные гены, ответственные за образование ооцист. Это позволило им разработать живую вакцину против токсоплазмоза. Исследователи использовали генетические ножницы CRISPR-Cas9, чтобы отключить эти важные гены, и привили кошек модифицированными паразитами. Эти патогены не производят инфекционные ооцисты, но все же защищают кошек от естественного заражения токсоплазмой в дикой природе.

Хотя CRISPR-Cas9 позволяет вносить точные изменения в генетический материал, в зависимости от протокола процесс может иметь недостатки, так как могут возникать ошибки и непреднамеренные генетические изменения. Теперь исследовательская группа Хеля сообщает, что им удалось избежать таких нежелательных побочных эффектов с помощью модифицированной техники.

Генетические ножницы исчезают без следа

При редактировании генов CRISPR-Cas9 ученые обычно вводят в клетку кольцевидную молекулу ДНК — так называемую плазмиду. Она содержит всю информацию, необходимую для создания генетических ножниц, и элементы, распознающие нужный участок в генетическом материале. Таким образом, клетка сама производит все компоненты ножниц CRISPR-Cas9. Однако после этого плазмида остается в клетке и может вызывать дополнительные, незапланированные генетические изменения.

Метод, используемый цюрихской командой, работает иначе. Исследователи собирают запрограммированные генетические ножницы вне клетки, а затем имплантируют их непосредственно в паразитов. После манипуляции с генетическим материалом компоненты очень быстро разрушаются, остается только желаемое изменение.

«Наш подход не только быстрее, дешевле и эффективнее обычных методов. Он также позволяет изменить геномную последовательность, не оставляя следов в клетке», — объясняет Хель. «Это означает, что теперь мы можем производить экспериментальные живые вакцины без плазмид или встроенных генов устойчивости».

Законодательство в области генной инженерии отстает

Учитывая эти результаты, Хель ставит под сомнение планы федерального правительства подчинить редактирование генома CRISPR-Cas9 существующему закону о генной инженерии (и мораторию, продленному до 2025 года): «Наш метод — хороший пример того, чем эта новая технология отличается от традиционных подходов к генной инженерии», — говорит он. Теперь можно инактивировать ген, не оставляя нежелательных следов в генетическом материале, способом, неотличимым от естественных мутаций. В отличие от многих других спорных применений генной инженерии, эта процедура не влияет на производство продуктов питания и, следовательно, не является прямым вмешательством в пищевую цепь.