Большинство наследственных болезней возникает из-за нарушения структуры генов (мутаций). На сегодняшний день уже появились методы для редактирования таких нарушений. Самый популярный из них – это метод CRISPR/Cas9.
CRISPR/Cas – это изобретение бактерий
На самом деле, CRISPR/Cas – это своеобразная иммунная система бактерий, которая защищает их от вирусов. Бактерии не восприимчивы к нашим вирусам (они не бояться ни вируса гриппа, ни оспы, ни других), но для них опасны особые вирусы: бактериофаги. Бактериофаги впрыскивают свою ДНК внутрь бактерии, тем самым заражая ее и со временем убивая.
Давайте разберемся, как же работает CRISPR/Cas в бактерии (1). Для начала стоит понимать, что CRISPR - это повторяющиеся участки в ДНК бактерии, между которыми лежат участки, сходные с таковыми у бактериофагов, опасных для бактерии. Это своего рода энциклопедия врагов бактерии.
Теперь представим, что бактериофаг напал на бактерию и успел впрыснуть в нее свою ДНК. Чтобы не заразиться бактерия должна уничтожить эту вражескую ДНК. Но сначала ее нужно в клетке отыскать. Поэтому внутри бактерии должен появиться разведчик, который будет искать эту ДНК бактериофага. В бактериальной клетке такие разведчики синтезируются с учетом информации из энциклопедии CRISPR, и называются они crРНК. Молекула crРНК проводит поисковую работу внутри клетки и находит вражескую ДНК. Ура, теперь вражеская ДНК найдена, значит, полдела сделано и только остается ее уничтожить.
Тут вступает в работу вторая часть системы: специальные белки-ножницы Cas. Белок Cas, направляемый разведчиком crРНК, подходит к вражеской ДНК и разрезает ее, тем самым не давая бактерии заразиться.
Применение в генной инженерии
Благодаря методу, основанному на CRISPR/Cas системе, в клетках человека можно удалить (отключить) неправильно работающий ген, который провоцирует заболевание. Для этого ученые в лаборатории создают crРНК, которые будут искать в клетке человека конкретные нарушенные гены. Эту crРНК и белок Cas вводят в живую клетку, взятую у человека. В клетке белок Cas вырезает из ДНК нужный ученым ген. После этого клетка продолжит функционировать и ее можно ввести обратно в организм человека.
Например, у больных раком, можно взять образцы иммунных клеток (Т-лимфоцитов) и удалить в них гены - ограничители иммунных возможностей. Затем эти отредактированные клетки можно ввести обратно пациенту, где они будут более агрессивно и эффективно бороться с раком (2).
Потрясающе, что есть методики, позволяющие на место удаленного гена, вставить его правильную копию! В результате получится уже здоровая клетка (3), которую можно обратно ввести человеку.
Список литературы:
- Jinek et al., 2012.
- Cyranoski D., 2016.
- Keiji Nishida et al., 2016.