Gēnu rediģēšanas tehnoloģija, izmantojot CRISPR-Cas9 sistēmu, var izraisīt daudz nevēlamu mutāciju. Šo secinājumu izdarīja Kolumbijas universitātes medicīnas centra zinātnieki. "Lenta.ru" stāsta par jaunu pētījumu, kura rezultāti tika publicēti žurnālā Nature Methods.
CRISPR / Cas9 ir molekulārs mehānisms, kas pastāv baktēriju iekšienē un ļauj tām cīnīties ar vīrusiem ar bakteriofāgiem. CRISPR ir "kasetes" mikroorganisma DNS, kas sastāv no atkārtotām sekcijām un unikālām sekvencēm, kuras sauc par starplikām. Pēdējie ir vīrusu DNS fragmenti. Būtībā CRISPR var uzskatīt par datu banku, kurā ir informācija par patogēnu ierosinātāju gēniem. Cas9 olbaltumviela izmanto šo informāciju, lai pareizi identificētu svešas DNS un padarītu to nekaitīgu, sagriežot noteiktā vietā.
CRISPR / Cas9 precizitāte ļauj to izmantot kā gēnu rediģēšanas rīku, kas ir daudz efektīvāks nekā iepriekš pastāvošās metodes. Pētnieki šūnā ievieto DNS kaseti, kurā ir Cas9 olbaltumvielu gēns, un reģionu, kas kodē īpašu mērķa RNS molekulu (sgRNS), kurā jāveic izmaiņas genomā. Pēdējais var piestiprināties noteiktā vietā genomā, norādot Cas9, kur sagriezt. Pēc tam spraugā varat ievietot vēlamo gēnu vai gēnu grupu, izveidojot modificētu šūnu.
CRISPR / Cas9 priekšrocība ir tā, ka tā var veikt precīzas izmaiņas, samazinot nevēlamu griezumu (ārpus mērķa ietekmes) skaitu citās genoma daļās. Tas arī ietaupa laiku un naudu - atšķirībā no citām parasti izmantotajām metodēm, kurās tiek izmantoti nukleāzes fermenti. CRISPR sistēma ir vairāk piemērota situācijām, kad ir nepieciešams fiksēt vairākus bojātus gēnus uzreiz, jo tā prasa tikai atbilstošās sgRNS sintezēšanu. Nukleāžu gadījumā katrai konkrētai DNS vietnei ir jāsamontē savs specifiskais enzīms, kas ir garāks un dārgāks.
CRISPR / Cas9 mākslinieciskā attēla kredīts: Stīvs Diksons / Fengs Džangs / MIT
Šī tehnoloģija ātri kļuva populāra ne tikai zinātnieku vidū, bet arī populārajā kultūrā. Piemēram, tas parādās masu iznīcināšanas ieroča dažās The X-Files jaunās sezonas epizodēs. Savas bažas pauda arī ASV nacionālās izlūkošanas direktors Džeimss Klappers, kurš uzskata, ka gēnu inženierija ir drauds. Tomēr jebkura tehnoloģija ir bīstama, ja to nepareizi izmanto. Piemēram, neadekvāta un bieža antibiotiku lietošana, kas ir izglābusi simtiem tūkstošu cilvēku dzīvības, veicina pretmikrobu rezistentu superbugs parādīšanos.
Neskatoties uz izdomājumu, CRISPR / Cas9 pats par sevi, tāpat kā antibiotikas, nevar izmantot kā cilvēku iznīcināšanas ieroci. Bet jūs varat izveidot modificētus organismus, piemēram, odus, kas izplatīs bojāto gēnu viņu populācijā, kas var izraisīt asiņu nepieredzējušu kukaiņu skaita spēcīgu samazināšanos. Biologi mudina būt īpaši uzmanīgiem pret šādiem pielietojumiem.
Imūnās šūnas uzbrūk vēža augšanai Foto: Stīvs Gšmeissners / Science Photo Library
Reklāmas video:
Tajā pašā laikā daudzas biotehnoloģijas uzskata, ka šī tehnoloģija ļaus veiksmīgi ārstēt bīstamas slimības, arī tās, ko izraisa ģenētiski cēloņi. Piemēram, 2016. gada beigās Ķīna jau bija eksperimentējusi ar agresīva plaušu vēža ārstēšanu. Pacienta imūnās šūnas tika noņemtas, un tika izslēgts gēns, kas nomāc cīņu pret ļaundabīgiem audzējiem. Genoma modifikācijas procedūra bija veiksmīga, un šūnas tika atkārtoti ievestas pacienta ķermenī.
CRISPR / Cas9 ir savi trūkumi. Tādējādi DNS, ko salauzuši molekulārie "šķēres", zaudē daļu no secības, kas neļauj rediģēt "punktu", tas ir, aizvietot vienu atsevišķu nukleotīdu. Pārvarot šos ierobežojumus, biotehnologi izstrādā uzlabotas sistēmas versijas. Piemēram, Dienvidkorejas pētnieki ir apvienojuši Cas9 enzīmu ar citu olbaltumvielu - citidīna deamināzi. Tas iemācīja CRISPR / Cas9 veikt viena nukleotīda aizstāšanu.
Tomēr ir arī cita problēma. Fakts ir tāds, ka šī tehnoloģija var ieviest arī nevēlamas mutācijas, un zinātnieki vēl pilnībā neizprot, kā to var novērst. Runājot par cilvēku ārstēšanu, risks joprojām ir nepamatoti augsts: pārmaiņas genomā var ievērojami kaitēt veselībai.
Atsevišķi algoritmi var paredzēt, kur genomā var veikt nevajadzīgas nomaiņas. Tie darbojas ļoti labi, kad CRISPR modificē atsevišķas šūnas vai audus, bet netiek izmantoti, kad runa ir par dzīviem organismiem.
CRISPR / Cas9 struktūra Foto: Ian Slaymaker / Plašais institūts
Piemēram, Kolumbijas universitātes biotehnologi ir izmantojuši tehnoloģiju, lai noņemtu mutācijas, kas izraisa pigmentācijas retinītu. Šim nolūkam no pacienta tika ņemtas ādas šūnas un pārprogrammētas cilmes šūnās. Pēc tam defekts tika labots, izmantojot CRISPR kaseti. Šādas modificētas šūnas var pārveidot par tīklenes šūnām un pārstādīt pacientam, lai atjaunotu redzi.
Turklāt šie paši zinātnieki izveidoja ģenētiski modificētas peles, kurām zigotas stadijā tika ievadīts CRISPR. Pēc tam pētnieki secēja (noteica nukleotīdu secību) visu peļu genomu. Kaut arī CRISPR veiksmīgi laboja gēnu, kurā defekts izraisīja aklumu, tas ieviesa arī vairāk nekā 1500 atsevišķu nukleotīdu mutāciju un vairāk nekā 100 deleciju (īso sekciju dzēšanu) un iestarpinājumus. Neviena no šīm nevēlamajām izmaiņām netika pareģota ar datoru algoritmiem.
Genoma modifikācija ir labs veids, kā ārstēt iedzimtas slimības, kuras šobrīd ir neārstējamas. Pēc Stefana Tsanga teiktā, viņš un viņa līdzautori uzskata, ka gēnu inženierijas zinātniekiem ir svarīgi apzināties iespējamās nevēlamās mutācijas briesmas, kas rodas, rediģējot DNS. Pie šādām mutācijām pieder gan nukleotīdu aizvietotāji genoma kodējošajos reģionos, gan nekodējošajos reģionos, kur atrodas regulējošie elementi (tie kontrolē gēnu aktivitāti).
Neskatoties uz mutācijām, pelēm veicās labi. Biotehnologi joprojām ir optimistiski par gēnu terapiju, jo jebkurai medicīniskai iejaukšanās ir blakusparādības. Jums vienkārši jāzina, kādi viņi ir. Nākotnē tas uzlabos tehnoloģiju, lai līdz minimumam samazinātu mērķa iedarbību.
Aleksandrs Enikejevs
