Наблюдение за работой редактирования генов для разработки точных методов лечения
Инженеры Университета Висконсин-Мэдисон разработали методы наблюдения за процессом редактирования генома в реальном времени. Эти возможности используются для совершенствования методов генной инженерии. Новый проект, поддержанный пятилетним грантом Национальных институтов здоровья (NIH) на сумму $1.8 млн, может проложить путь к персонализированному лечению генетических заболеваний.
«В конечном счете, знания, полученные в рамках этого проекта, могут заложить основу для новых доклинических платформ в прецизионной медицине», — говорит Кришану Саха, доцент кафедры биомедицинской инженерии и главный исследователь проекта.
В последние годы исследователи научились использовать инструмент CRISPR-Cas9 для внесения специфических изменений в молекулы ДНК — двойные спирали внутри всех клеток живых организмов.
«CRISPR-Cas9 позволяет исследователям очень точно переписывать геном», — говорит Саха.
Редактирование генома открывает потенциал для исправления причин ранее неизлечимых состояний, таких как серповидноклеточная анемия, муковисцидоз или амавроз Лебера. Поскольку эти заболевания возникают из-за известных ошибок в ДНК, способность изменять геном с помощью CRISPR-Cas9 может когда-нибудь сделать такие серьезные состояния делом прошлого.
Однако CRISPR-Cas9 — не идеальный редактор. Иногда инструмент работает неэффективно, в других случаях вносит изменения в неожиданных местах. Исследователи пытались улучшить CRISPR-Cas9, внося структурные изменения в его компоненты, но до сих пор неясно, почему одни работают лучше других. Эти препятствия в настоящее время мешают безопасному применению большинства терапий у пациентов.
Одним из главных барьеров на пути CRISPR-Cas9 в клинику является то, что многое из того, что на самом деле происходит внутри клеток во время редактирования, оставалось загадкой.
«Существовал пробел в понимании того, как несколько компонентов CRISPR-Cas9 осуществляют модификацию генов в человеческих клетках, — говорит Саха. — Пока мы не поймем, почему одни стратегии терпят неудачу, а другие преуспевают, использование инструментов геномной хирургии будет ограниченным».
Лаборатория Сахи разработала метод, помогающий решить эту загадку. Исследователи нашли способ маркировать как различные части клеток, так и CRISPR-Cas9, чтобы наблюдать важные изменения, происходящие во время редактирования генома в реальном времени.
Эти методы будут использоваться для мониторинга работы CRISPR-Cas9 внутри клеток в чашках Петри, имитирующих ткани реальных пациентов. Исследователи применят свой опыт работы со стволовыми клетками для создания миниатюрных моделей органов, в которых будут тестироваться различные стратегии редактирования генома.
«Этот проект отличается от общепринятого подхода, — говорит Саха. — Систематическое изменение нескольких компонентов CRISPR-Cas9 одновременно для тестирования в клетках, полученных от пациентов, приведет к лучшему пониманию биологических процессов, важных для геномной хирургии».
В течение следующих пяти лет исследователи изучат несколько подходов к исправлению дефектов при различных генетических заболеваниях в разных типах тканей. Работа поддержана относительно новым типом гранта NIH — Maximizing Investigators Research Award (MIRA). Программа MIRA направлена на повышение научной продуктивности и инноваций, предоставляя как большую стабильность финансирования, так и больше свободы для проведения революционных исследований. Саха — один из 93 многообещающих молодых исследователей по всей стране, отобранных за преобразующий потенциал своей работы.