Техника редактирования ДНК, известная как CRISPR-Cas9, становится практически ежедневной в лабораториях. В то же время первое восхищение уходит , и ученые замечают недостатки этой технологии.
И здесь наступает черед для уже разработанных, но недооцененных методов редактирования РНК, которые более "естественны" и позволяют действовать локально, не изменяя навсегда генетический код.
В 2012 году Торстен Стаффорст из Карлова университета имени Эберхарда в Тюбингене обнаружил, что с помощью соответствующих ферментов для нитей РНК можно изменить последовательность информационных частиц РНК в клетке.
Это способ изменить генетические инструкции по производству белков без изменения ДНК. Открытие обладает экстраординарным потенциалом - как там, где необходимо исправить генетические ошибки, так и там, где необходимо изменить тип или количество производимых белков.
Казалось бы, такое открытие должно сдвинуть с мертвой точки весь научный мир. К сожалению, идея профессора Стаффорста была омрачена изобретением технологии генного редактирования CRISPR-Cas9, которая захватила весь генетический и биотехнологический мир на несколько лет вперед.
Сегодня CRISPR является признанным и во многом испытанным лабораторным инструментом. Мы видим его возможности и ограничения лучше, чем в начале, особенно как терапевтическое средство.
Техника CRISPR иногда приводит к случайным изменениям, которые постоянно хранятся в ДНК. Иногда это также ослабляет устойчивость всей генетической системы.
Редактирование РНК не несет этих рисков, так как не вносит постоянных изменений в ДНК. Вместо этого, он может временно изменить производство белков или восстановить, или остановить побочный эффект мутации.
Однако первый энтузиазм по редактированию генов должен был быть исчерпан, чтобы вернуть интерес к редактированию РНК. Существуют также первые стар тапы по предоставлению услуг, связанных с этой новой технологией, использующие ее для лечения широкого спектра заболеваний, от генетических заболеваний до хронической боли.
Создание РНК
Все началось с удивительного открытия фермента, который изменил представление об отношениях между ДНК и РНК. Представления генетиков о способе выражения генов всегда основывались на предположении, что то, что кодируется в ДНК, достоверно передается (транскрибируется) информационными РНК (мРНК) для получения белков.
Однако в 1980-х годах исследователи отмечали, что некоторые транскрипции мРНК содержат информацию, которая не была включена в передачу ДНК.
Со временем стало очевидно, что семейство ферментов, известных как ADARs (аденозинтдеаминазы, действующие на РНК) несет ответственность за эту изменчивость. ADAR превращает один из нуклеозидов, называемый аденозин, в другой, называемый инозин, неизвестный клеткам, производящим белки и читаемый ими как еще одно соединение.
Ученые долгое время не могли понять цель этой путаницы. Среди прочего, они предполагали, что это способ - не совсем эффективный - защиты от вирусов, или контрольная реакция организма на потенциальные проблемы с иммунитетом.
Исследования мышей показали, что АДАР играет некоторую - но опять же неопределенную - важную роль в перинатальном развитии: мышиные эмбрионы без этого фермента не выживали при родах, а если и выживали, то мыши умирали вскоре после рождения.
От наблюдения за природными процессами до первых попыток использовать этот процесс прошли исследователи из Университета Пуэрто-Рико в Сан-Хуане.
Команда морского биолога доктора Джошуа Розенталя, который занимается головоногими, такими как каракатицы и осьминоги, заметила, что эти животные используют РНК-издания для улучшения своих нервных связей.
Этот беспрецедентный феномен побудил исследователей задуматься о том, нельзя ли использовать лабораторные попытки АДАРа по взаимодействию с РНК для терапевтического восстановления эффектов дисфункциональных генов.
Однако исследования синдрома Розенталя, как и Стаффорста, на момент публикации не были оценены научным миром. Овладение созданием РНК может не произвести впечатления такой революции, как контроль изменений в ДНК.Последнее рассматривается как код, в котором сохраняется наш проект.
Каждое, даже самое маленькое изменение в ДНК в некотором смысле считается изменением человека, и, вероятно, именно поэтому оно так часто оспаривается этически. Между тем РНК - это всего лишь реле.
И все же, сила технологии редактирования РНК становится все более заметной. Наибольшие преимущества перед популярным методом редактирования ДНК заключаются в двух: отсутствие вмешательства инородных тел и ограниченный (по времени и пространству) характер изменений.
Первое имеет большое значение для иммунной системы. Ведь технология CRISPR-Cs9 основана на введении в организм чужеродных бактерий, и нетрудно представить, что в такой ситуации мы не уверены, как организм отреагирует в долгосрочной перспективе.
Между тем, АДАР - это человеческий белок, и поэтому риск иммунологической блокады значительно ниже.
Второе преимущество: постоянные изменения не всегда хороши. Часто вам нужно только временно остановить или иным образом направить какой-либо процесс, а иногда вам следует действовать только на выбранную особенность данного гена, не затрагивая его другие функции.
Часто достаточно изменить экспрессию гена только в одной клетке или в одном месте, и это позволяет редактирование РНК.
Уже упомянутый доктор Розенталь в настоящее время работает над контролем передачи гена Nav1.7, который отвечает за передачу болевых сигналов в мозг.
"Выключение" этого гена было бы чем-то непредсказуемо опасным для организма, это могло бы расстроить всю нервную систему.
Но местное и ограниченное по времени выведение из строя может означать, что вам не нужно «наполнять» пациента большой дозой обезболивающих (которые разрушают организм, к которым у него может быть аллергия и т. д.) во время лечения.
Другие медицинские исследования, которые в настоящее время находятся на стадии лабораторных исследований или испытаний на животных, включают в себя холестерин, мышечную дистрофию и, прежде всего, онкологию - несколько видов рака и лейкемии.
Техника редактирования РНК все еще находится в зачаточном состоянии - очень далеком от совершенства. Но, может оказаться, что будущее генетических исследований будет иметь больше РНК, чем ДНК.
