CRISPR/Cas9 — является новой технологией редактирования геномов высших организмов, которая базируется на иммунной системе бактерий. CRISPR расшифровывается как clustered regularly interspaced short palindromic repeats – это короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами, которые представлены локусами бактерий и архей, разделенных уникальными последовательностями – спейсерами, заимствованными из чужеродных генетических элементов, с которыми сталкивалась клетка. Когда вирус попадает в бактериальную клетку он обнаруживается с помощью Cas-белков (CRISPR-associated sequence — последовательность, ассоциированная с CRISPR), связанных с CRISPR РНК. Если фрагмент вируса “записан” в спейсере CRISPR РНК, Cas-белки разрезают вирусную ДНК уничтожая ее и защищают клетку от инфекции.
Используя CRISPR-Cas9 ученые редактируют геном, разрезая широкие сегменты ДНК, чтобы вырезать нежелательные фрагменты генетического кода. Это точный и перспективный метод генетического редактирования, широко используемый в научных исследованиях. Ученые надеются, что однажды его можно будет использовать для выборочного удаления генов, которые приводят к медицинским проблемам, таким как ВИЧ, серповидноклеточная анемия и рак.
К сожалению, новое исследование, опубликованное 16 июля в журнале Nature Biotechnology, предполагает, использование этой технологии может привести к гораздо большему ущербу, чем считалось ранее. При использовании CRISPR для редактирования ДНК в клетках, полученных как от мыши, так и от человека, авторы исследования обнаружили, что огромные куски ДНК непреднамеренно удалялись, перестраивались и иным образом мутировали настолько сильно, что клетки теряли функцию примерно в 15% случаев.
“Исследование обеспечивает наиболее систематический и серьезный подход к оценке потенциального генетического ущерба, вызванного манипуляцией CRISPR на сегодняшний день”, – сказал автор исследования Аллан Брэдли, старший руководитель группы и директор института Wellcome Sanger.
“CRISPR не так безопасен, как мы думали. Процесс восстановления ДНК не является на 100 процентов надежным, и могут возникнуть проблемы, которые необходимо изучить дальше.” – отметил Брэдли.
Когда вы представляете ДНК, скорее всего, вы думаете о двойной скрученной спирали, лестничной последовательности букв, несущих вашу генетическую информацию. Каждая ступенька лестницы состоит из двух связанных нуклеотидов (крошечных органических молекул), известных как пара оснований. Ваш полный геном содержит около 3 миллиардов пар оснований, разделенных среди 23 пар хромосом, которые присутствуют в каждой клетке вашего тела.
Точный порядок этих пар оснований составляет ваш уникальный генетический код. Мутации в этом коде могут привести к тому, что различные гены потеряют свою функцию, иногда приводя к генетическим расстройствам, таким как муковисцидоз, гемофилия и многие виды рака. Технология CRISPR/Cas9 был разработана для устранения ультраспецифических генетических дефектов, подобных упомянутым выше путем вырезания конкретных последовательностей ДНК с помощью скальпелоподобного фермента под названием Cas9.
“Последствия мутаций, вызванных CRISPR могут быть представлены миллионами базовых пар, следующих за местом разреза”, – сказал Брэдли.
В своем новом исследовании Брэдли и его коллеги использовали CRISPR для редактирования серии стволовых клеток, полученных от мыши, затем систематически смотрели на пары оснований ДНК, все дальше и дальше удаляясь от места разреза. Благодаря этому тщательному подходу исследователи обнаружили, что примерно 15 процентов изученных клеток мутировали настолько, что они потеряли свою функцию.
“Излагая в простейшей форме – эти мутации являются удалением большого количества пар оснований в ДНК. В некоторых случаях тысячи пар оснований пропали без вести после манипуляции CRISPR. Но есть и гораздо более сложные варианты.” – пояснил Брэдли.
Команда обнаружила случаи, когда последовательности генетического кода были “скремблированы” или вставлены задом наперед. В некоторых случаях длинные последовательности ДНК, которые должны быть представлены тысячами пар оснований, были случайно сшиты в месте разреза CRISPR.
Изучив различные участки ДНК клетки, команда обратилась к другим типам клеток, включая стволовые клетки человека, выращенные в лаборатории, чтобы проверить, не повториться ли картина повреждения. Их ожидания подтвердились: около 15% клеток, управляемых CRISPR подверглись точно таким же мутациям.
В конечном счете, точные последствия этих мутаций трудно оценить, так как различные типы клеток используют различные операции для восстановления своей ДНК.
Итак, какую информацию для размышления и будущих исследований CRISPR могут дать результаты, полученные Бредли? Несмотря на то, что CRISPR-Cas9 является перспективным инструментом генетических исследований и манипуляций, ученым нужно быть предельно осторожными, при использовании этого инструмента редактирования генов в клинических условиях.
Читать: https://skytechnews.ru/tehnologiya-redaktirovaniya-genov-crispr/