Новая технология редактирования ДНК порождает новые стратегии генной терапии
Калифорнийский университет в Беркли и UCSF запускают Инициативу инновационной геномики (IGI) для революции в генной инженерии на основе новой технологии, уже порождающей новые стратегии генной терапии и генетического изучения болезней.
Фонд Ли Ка Шина предоставил $10 млн для поддержки инициативы, учредив Центр геномной инженерии Ли Ка Шина и связанную с ним профессорскую кафедру в UC Berkeley. Университеты также предоставят $2 млн стартового финансирования.
В основе инициативы лежит революционная технология, открытая два года назад в UC Berkeley Дженнифер А. Даудной, исполнительным директором инициативы. Технология, точные «ДНК-ножницы» CRISPR/Cas9, стала невероятно популярной с первой публикации в июне 2012 года и лежит в основе как минимум трех стартапов. Ученые называют ее «святым Граалем» генной инженерии и «ошеломляющим» прорывом в борьбе с генетическими болезнями.
«Прорывное открытие профессора Даудной в редактировании генома ведет нас в новую эру возможностей, которые мы раньше не могли себе представить», — сказал Ли Ка Шин.
За 18 месяцев с момента анонса технологии опубликовано более 125 статей на ее основе. Исследователи по всему миру используют Cas9 для изучения генетических корней серповидноклеточной анемии, диабета, кистозного фиброза, СПИДа и депрессии в поисках новых мишеней для лекарств. Другие адаптируют технологию для перепрограммирования дрожжей для производства биотоплива и пшеницы для устойчивости к вредителям и засухе.
«У нас теперь есть очень простая, быстрая и эффективная техника для переписывания генома, позволяющая проводить ранее невозможные эксперименты», — сказала Даудна.
Преобразование генетических исследований
Новая технология значительно сокращает время тестирования терапий. CRISPR/Cas9 позволяет создавать модели болезней у животных за недели, а не годы, а также быстро «выключать» гены в человеческих клетках или животных для определения их функции, что ускорит поиск новых мишеней для лекарств.
«Технология CRISPR/Cas9 полностью меняет правила игры», — сказал со-директор инициативы Джонатан Вайсман. — «С CRISPR мы можем включать или выключать гены по желанию».
Главная цель инициативы — развить технологию CRISPR/Cas9 для применения в здоровье человека и создать библиотеку исследовательских ресурсов для широкого доступа. Технология позволит совершить прыжок от фундаментальных исследований на модельных организмах к тестам на человеческих клетках и, в конечном счете, к клинике, упростив генную терапию для человека.
«Теперь у нас есть техника для перепрограммирования "софта" клетки путем редактирования генома», — отметила Даудна.
Применения в здоровье человека и не только
Раньше создание линии мышей с конкретной наследственной мутацией занимало не менее года. Используя Cas9, иммунолог Рассел Вэнс отключил у мышей ген, регулирующий цвет шерсти, и за шесть недель получил линию с белой, а не коричневой шерстью.
Другие исследователи уже адаптировали технологию для перепрограммирования стволовых клеток для регенерации поврежденных органов (например, печени) и попыток перепрограммирования иммунных клеток для лечения СПИДа у ВИЧ-положительных пациентов.
Также создаются ресурсы и инфраструктура инкубатора для помощи исследователям в создании стартапов. Программа Entrepreneurial Fellows будет координироваться с программой QB3 Startup-in-a-Box для запуска компаний, решающих важные социальные задачи.
Технология Cas9 адаптирует систему разрезания ДНК, которую бактерии используют для уничтожения ДНК вторгающихся вирусов. Даудна и ее коллеги обнаружили, как фермент Cas9 работает с малыми молекулами РНК, чтобы нацеливаться и разрезать специфичные участки ДНК. Они также показали, что система работает в человеческих клетках и намного быстрее и проще других методов редактирования генома.
Со-директор инициативы Майкл Ботчан отмечает потенциал технологии для изучения 95% человеческого генома, когда-то называвшегося «мусорной ДНК», где содержатся регуляторы, включающие и выключающие гены, и которые могут содержать дефектные гены, ответственные за многие болезни.
«Людей от обезьян отличают не 6-7% генома, кодирующие белки, а регуляторные гены в остальной части генома», — сказал он. — «Вероятно, они вовлечены в такие болезни, как шизофрения, диабет и многие другие».
Технология CRISPR/Cas9 также позволяет нарушать работу нескольких генов или регуляторных последовательностей одновременно для определения их функции и взаимодействий, что может выявить новые мишени для лекарств.
«Инициатива инновационной геномики важна не только для открытия новой науки и новых терапевтических средств, но и для разработки новых инструментов манипуляции ДНК», — сказал Ботчан. — «Существуют тысячи бактерий и архей с похожими системами редактирования генома, и мы хотим исследовать и их, чтобы найти дополнительные инструменты».