Редактирование генома

Авторы:

Young Hoon Sung, John van der Oost

История:

Ученые давно мечтали научиться «исправлять» геном, удалять из него вредные мутации, предотвращать развитие наследственных болезней. И только несколько лет назад это стало возможным. Из трех новых технологий редактирования генома, самой ранней является технология цинковопальцевых нуклеаз, идея которой возникла еще в 80-х годах прошлого столетия.

Пример:

Совсем недавно на научной конференции в Кембридже сотрудники биотехнологической компании «Editas Medicine» заявили, что смогут точечно изменять геном человека к 2017 году (Rusbase).

Их разработка называется «Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats» (CRISPR). Специалисты прогнозируют, что разработанная ими технология поможет людям избавиться от многих врожденных заболеваний, к примеру, от врожденной слепоты Лебера. Это будет настоящим прорывом в медицине. К тому же ученые обещают, что разработка будет простой и недорогой, поэтому доступ к ней получат специалисты со всего мира.

Описание технологии:

За последние годы ученые разработали несколько технологий, позволяющих направленно изменять последовательность генома млекопитающих. Эти новые технологии сейчас активно испытываются на мышах: CRISPR-редактирование, цинковопальцевые нуклеазы (Zinc finger nuclease, ZFN) и TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease).
CRISPR-системы прокариот обеспечивают приобретенный иммунитет к вирусам и плазмидам. С ее помощью можно «переписывать» дефектную ДНК, заменяя поврежденные участки генов на здоровые.

При помощи TALEN ученые вносят разрыв в кодирующую область гена, а затем разрыв залечивается. В опытах на мышах эту технологию применили для внесения в мышиный геном мутации, приводящей к развитию одного из наследственных синдромов. Затем авторы данного эксперимента удалили эту мутацию тем же путем, что показывает возможность эффективно изменять геном с помощью метода TALEN.

Метод цинковопальцевых нуклеаз работает менее эффективно, чем вышеперечисленные методы.

Эти методы обеспечивают точную доставку терапевтических генов для замедления процессов старения: гена теломеразы (TERT), гена транскрипционного фактора FOXO3, гена, кодирующего ингибитор TOR-киназы (CRTC1). Данные гены можно доставить системно в большинство клеток организма. Эти гены способствуют уничтожению старых клеток, способствуют процессам регенерации и детоксикации клеток.

Дополонения и критика:

Описанные технологии еще не достаточно изучены и отлажены. Необходимо тщательное моделирование этих методов на мышах. Секвенирование генома позволяет быстро накопить данные о мутациях, которые приводят к тем или иным наследственным заболеваниям. CRISPR и TALEN редактирование весьма перспективны для лечения тяжелых заболеваний человека.

Публикации:

• Adam J. Bogdanove, Daniel F. Voytas. TAL effectors: customizable proteins for DNA targeting // Science. 30 September 2011. v. 333. P. 1843–1846. Doi: 10.1126/science.1204094.
• Young Hoon Sung, In-Jeoung Baek, Duk Hyoung Kim, Jisun Jeon, Jaehoon Lee, Kyunghee Lee, Daewon Jeong, Jin-Soo Kim & Han-Woong Lee. Knockout mice created by TALEN-mediated gene targeting // Nature Biotechnology. 2013. v. 31. v. 23–24. Doi: 10.1038/nbt.2477.
• Kirill A. Datsenko, Ksenia Pougach, Anton Tikhonov et al. Molecular memory of prior infections activates the CRISPR/Cas adaptive bacterial immunity system // Nature Communications. v. 3. Article number: 945. Published 10 July 2012.
• John van der Oost. New Tool for Genome Surgery // Science. v. 339. P. 768–770