«CRISPR-Cas9 системы стали основным способом внесения конкретных и точечных изменений в ДНК, содержащуюся в живых клетках, а способность разрезать ДНК в том месте, где это необходимо исследователю, произвела революцию в науке о жизни», — говорит эксперт.
Как и многие революционные открытия, оно было сделано случайно. Шарпантье, изучая бактерии Streptococcus pyogenes, обнаружила ранее неизвестную молекулу tracrRNA, которая является частью иммунологической защиты организма. Эта система, известная как CRISPR-Cas, обезвреживает вирусы, расщепляя их ДНК. В 2011 году она опубликовала эти результаты. Тогда же к ее работе присоединилась Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли.
Разработанная учеными система CRISPR-Cas9 связывается с геномной ДНК в том месте, где последовательность нуклеотидов совпадает с последовательностью гидовой (направляющей) РНК. Таким образом, создавая различные варианты последовательности гидовой РНК, можно направлять Cas9 к тому участку, который необходимо отредактировать. Дальше Cas9 разрезает обе нити ДНК в нужном месте, после чего системы репарации пытаются устранить двуцепочечный разрыв, используя гомологичный фрагмент ДНК в качестве матрицы для восстановления поврежденного участка. Другой вариант восстановления состоит во введении искусственно созданной матрицы, для того чтобы добиться нужных изменений в редактируемой последовательности.
«За последующие с момента создания технологии 9 лет значимость инструментов CRISPR-Cas резко возросла. Технологии CRISPR-Cas применялись не только в фундаментальных исследованиях в области редактирования генома, но стали использоваться в разработке методов лечения наследственных заболеваний.
В частности, у инструмента CRISPR-Cas есть потенциал для лечения серповидно-клеточной анемии, заболевания, которым, по данным ВОЗ, страдают более 4 миллионов человек во всем мире.
Сейчас на стадии клинических испытаний исследуются методики геномного редактирования, с помощью которых станет возможным лечение мышечной дистрофии Дюшенна, некоторых форм рака легких, лейкемий и проблем, связанных со старческой дегенерацией сетчатки», — рассказывает Сергей Попов.
Однако медицинская генетика – не единственная сфера, в которой применяются «генетические ножницы».
«Огромный спектр применения технологии редактирования генома можно отметить в сельском хозяйстве. С помощью этого инструмента повышают устойчивость организмов ко многим болезням, одомашнивают дикие растения и модифицируют существующие культуры с новыми заданными свойствами. В сельском хозяйстве прогресс применения новых генетических технологий идет значительно быстрее, поскольку привлекательность CRISPR в пищевом сегменте несомненна. Так, в сравнении с ГМО (генетически модифицированными организмами), технология не может содержать скрытых, хотя и не доказанных опасностей, поскольку предполагает лишь однократные генетические изменения, которые могли бы случиться естественным образом в ходе эволюции. Геномное редактирование уже используется в животноводстве. Например, в Японии ученым удалось вывести породу свиней с особым соотношением бурого и белого жира. Они устойчивы к холоду и поэтому требуется меньше денежных средств на отопление фермы. Проекты по созданию “мяса в пробирке” запущены в Калифорнии и Сан-Франциско», – рассказывает эксперт.
Стоит отметить, что созданный первоначально инструмент CRISPR-Cas всего за 9 лет не только стал активно применяться, но и постоянно совершенствовался. В частности, были упрощены белковый и каталитический компоненты, повышена избирательность системы и созданы более эффективные средства доставки генетической информации в разные типы клеток и в целые организмы.
В то же время, развитие технологии привело и к появлению сложных вопросов об этичности ее применения.
«Пока спорным остается вопрос использования CRISPR-Cas систем в эукариотических зародышевых клетках из-за непредсказуемости действия инструмента и социо-этических проблем», — рассказывает Сергей Попов.
Ранее Genetics-info публиковал подробный текст об этих проблемах.
«Кстати, изначально предполагалось, что Нобелевская премия за открытия в области редактирования генома не будет присуждаться в течение многих лет по причине того, что эти методы стали предметом длительной патентной борьбы в США», — добавляет эксперт.
Однако в 2019 году окончательный патент был выдан Калифорнийскому и Венскому университету и лично Эммануэль Шарпантье. Интересно также и то, что впервые Нобелевская премия присуждена двум женщинам без участия мужчин.
