Лента новостей

18:19 09-12-2016
«Волосы дыбом встают»
17:39 09-12-2016
Откуда не ждали
17:09 09-12-2016
Авиаудары в Сирии: Израиль играет в русскую рулетку?
15:16 09-12-2016
Америка подкинет Киеву ещё 350 миллионов на войну
15:13 09-12-2016
«Военные консультанты» из Германии прибудут на Украину
13:59 09-12-2016
Россия, Иран и Франция требуют запереть боевиков в Мосуле
13:50 09-12-2016
Муженко в трауре: умер его консультант, генерал, который разрабатывал военные операции «АТО»
13:43 09-12-2016
Загорелась земля под ногами? Запад бьется в истерике!
13:32 09-12-2016
США пытаются договориться с Россией о выводе своих разведчиков и инструкторов из Алеппо
12:51 09-12-2016
Штурм Алеппо. 08.12.2016
09:54 09-12-2016
Минобороны призвало «настоящих джентльменов» с Запада оказывать реальную помощь Алеппо
09:49 09-12-2016
Правительство ПМР предлагает официальное использование флага РФ наравне с республиканским
09:45 09-12-2016
«От таких вещей волосы дыбом встают», – прокомментировал Путин постановление суда
17:06 08-12-2016
НАСА обнаружило стокилометровую трещину в Антарктиде
16:12 08-12-2016
Американские разведчики готовятся бежать из Алеппо в Турцию
15:49 08-12-2016
Враг будет разбит, победа будет за нами!
12:50 08-12-2016
Козырная карта России: чего боятся США и Германия в Алеппо
12:14 08-12-2016
Россия рассматривает снятие санкций с Турции
11:40 08-12-2016
Жизнь и смерть Старого города: первые кадры из освобождённых кварталов Алеппо
11:32 08-12-2016
Коалиция США разбомбила госпиталь в Мосуле
18:26 07-12-2016
Врага в Алеппо мало разбить – его предстоит «перепрограммировать»
18:02 07-12-2016
Провал за провалом: очередной украинский завод находится на грани банкротства
17:45 07-12-2016
Выживший сотрудник ГСО рассказал подробности перестрелки с полицией под Киевом
17:26 07-12-2016
Порошенко согласился досрочно уйти в отставку
15:03 07-12-2016
Владимир Путин продолжает «генеральную уборку»
14:50 07-12-2016
WSJ анонсировала назначение «друга России» на должность госсекретаря США
13:54 07-12-2016
Масштабная спецоперация в Москве: задержаны десятки подозреваемых в экстремизме!
13:33 07-12-2016
Сирийская армия наступает. Боевики сдаются. Попытки США спасти боевиков – провальны. Обама просто ошибся
13:00 07-12-2016
Почему Россия и Китай сейчас закупают золото
12:56 07-12-2016
Сергей Лавров будет отстаивать политические взгляды России на международной арене
12:24 07-12-2016
Войска Асада вырвали из лап боевиков ключевую трассу в аэропорт Алеппо
12:18 07-12-2016
Италия забивает очередной гвоздь в гроб украинской ГТС
11:11 07-12-2016
Навязчивая идея: глава Генштаба Украины подсчитал потери в случае войны с Россией
20:06 06-12-2016
Реформы заезжих клоунов: За три года Украина растеряла своих торговых партнеров и выпала из мировой торговли
19:58 06-12-2016
Комментарий МККК о гибели российских медиков в Сирии возмутил Минобороны РФ
19:00 06-12-2016
Опять нажрался...
18:00 06-12-2016
Путин утвердил новую Доктрину информационной безопасности
17:51 06-12-2016
Право вето: Россия и Китай не пропустили резолюцию по Алеппо в ООН
17:43 06-12-2016
Ультиматум Минобороны
17:32 06-12-2016
Эрдоган подписал закон о ратификации соглашения с РФ по «Турецкому потоку »
16:49 06-12-2016
Глава украинского «Нафтогаза» назвал условия закупки газа у «Газпрома»
16:44 06-12-2016
Путин назвал идиотским отказ Литвы принять российских судей
16:32 06-12-2016
Шестиэтажный дом в Алеппо рухнул вместе с жильцами после попадания ракеты боевиков
16:23 06-12-2016
Депутаты Рады предложили вернуть Украине статус ядерной державы
16:20 06-12-2016
Организаторы отказались включать гопак Порошенко в программу «Евровидения»
Все новости

Архив публикаций

«    Декабрь 2016    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031 

Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru

» » » Ген, ты чего? Как редактирование генов изменит облик человечества

Ген, ты чего? Как редактирование генов изменит облик человечества

Технология CRISPR-Cas9 привлекает большое внимание как ученых, так и всех тех, кто интересуется биотехнологиями. Многие считают, что новый метод точного редактирования генов позволит создать в будущем совершенного человека. «Лента.ру» рассказывает о том, что представляет собой система CRISPR и следует ли ждать от нее чудес.

В начале февраля 2016 года стало известно, что правительство Великобритании разрешило ученым изменять ДНК человеческих эмбрионов в исследовательских целях с помощью системы CRISPR. Речь не идет о создании ГМО-людей, поскольку все модифицированные эмбрионы, полученные через экстракорпоральное оплодотворение, через 14 дней будут уничтожаться.
 
Однако общественность сильно обеспокоилась. Например, директор национальной разведки США Джеймс Клэппер заявил, что потенциально технологии редактирования генома — это оружие массового поражения. Его пессимистический прогноз воплотили в новом сезоне сериала «Секретные материалы», где систему CRISPR использовали для глобального геноцида. Что же такое технология CRISPR, почему она вызывает столько ажиотажа среди ученых, опасений у общественности и что в действительности может дать человечеству?

Рисунок художника системы CRISPR-Cas

Антивирусная защита

CRISPR — это иммунная система бактерий и архей, спасающая микроорганизмы от вирусов. Впервые она была обнаружена японскими учеными в конце 1980-х годов у бактерии Escherichia coli (кишечная палочка). Они заметили, что в геноме бактерии присутствуют повторяющиеся последовательности, разделенные спейсерами — уникальными участками. Однако какую роль все это выполняет, тогда выяснить не смогли. Схожую генетическую структуру-кассету нашли позднее у другого микроорганизма — археи Haloferax mediterranei, а затем и у многих других прокариот. Такие участки стали называть акронимом CRISPR, то есть Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. По-русски — «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами».
 
Спустя более десяти лет генетики установили, что рядом с CRISPR-кассетами располагаются гены, которые кодируют белки, названные Cas. Известные спейсеры сравнили с последовательностями ДНК из обширных баз геномных данных. Оказалось, что спейсеры очень похожи на участки геномов вирусов-бактериофагов, а также плазмид — кольцевых молекул ДНК, обычно встречающихся у бактерий.

Группа биоинформатиков под руководством Евгения Кунина из Национального центра биотехнологической информации предложила механизм работы CRISPR-кассет и ассоциированных с ними белков Cas. Вирус, проникший в клетку бактерии, обнаруживается комплексом белков Cas, несущих с собой последовательность спейсера. Если последняя совпадает с участком ДНК вируса (протоспейсером), то белки Cas разрезают чужеродную ДНК, предотвращая инфекцию. Позже ученые сумели внести в CRISPR-кассету бактерии спейсер с фрагментом генома бактериофага и наблюдали, как микроорганизм успешно справился с вирусом. Это послужило одним из доказательств предложенной гипотезы.

Спейсеры в CRISPR-кассетах — это шаблон для производства crРНК, которая и отправляется вместе с Cas-белками в атаку на вирус.
 
Откуда же спейсеры берутся? Когда бактерия сталкивается с неизвестным вирусом, она начинает вырезать различные участки ДНК из своего генома и вставлять их в кассету. Конечно, большинство таких кусков оказываются бесполезными, однако тот, что помогает организму побороть инфекцию, остается в CRISPR и передается потомкам бактерии.

Схема работы кассеты CRISPR в защите бактерии от вирусов
 
Проникая в святая святых

Выяснилось, что существует несколько разновидностей системы CRISPR-Cas. Одна из них кодирует не комплекс белков Cas, а всего лишь один — Cas9. Это универсальная молекула, выполняющая сразу несколько функций: она связывает чужеродную ДНК и разрезает ее. Именно в системе с белком Cas9 ученые увидели точный инструмент редактирования генома.
 
В статье, опубликованной в журнале Science в 2012 году, Эммануэль Шарпентье и Дженнифер Дудна предложили в качестве crРНК искусственные последовательности, которые узнавали бы определенные участки ДНК. Тогда Cas9 вносил бы разрезы туда, куда это нужно ученым. Другая исследовательская группа примерно в это же время показала, что система CRISPR-Cas9 может работать с геномами не только в бактериях, но и в клетках других организмов, включая человека.

И до CRISPR-системы были известны способы редактирования генома. Например, с помощью нуклеаз, содержащих цинковые пальцы.
 
Это искусственные ферменты, не существующие в природе и способные расщеплять цепочку ДНК. Цинковый палец — особый белковый модуль, включающий в себя один или несколько ионов цинка. Именно с помощью подобных структур ферменты взаимодействуют с ДНК, РНК и другими молекулами. Ученые соединили цинковый палец с другим модулем, разрезающим цепочку ДНК. Такие нуклеазы могут быть нацелены на определенные участки генома, где и производят разрезы. Проблема в том, что для каждого участка, куда нужно внести разрыв, необходимо синтезировать, выделить и проверить специфичный белок. Кроме того, применение нуклеаз сопряжено с большой вероятностью ошибок: часто разрывы происходили не в тех местах, что были нужны.

Система CRISPR-Cas гораздо удобнее. Функцию разреза на себя берет белок Cas9, одинаковый для любых локусов-мишеней. Все, что нужно сделать, это синтезировать crРНК, которая укажет белку, где именно внести двуцепочечный разрыв. После того как разрыв внесен, включаются системы восстановления ДНК. Во-первых, это механизм негомологичного соединения концов (non-homologous end joining, NHEJ ), в результате чего возникают различные мутации, нарушающие функции генов. Если сделать множество таких разрывов, то можно добиться перестройки крупного участка ДНК.

Во-вторых — гомологичная рекомбинация (homologous recombination, HR), когда похожие или идентичные участки ДНК обмениваются между собой нуклеотидными последовательностями. Такой механизм используется для восстановления повреждений двойной цепи, называемых двунитевыми разрывами.

Что касается управляемого редактирования ДНК, то ученым больше подходит гомологичная рекомбинация. С помощью системы CRISPR-Cas можно внести разрывы так, чтобы убрать из ДНК целый участок. При этом генетики подсовывают созданную ими последовательность, которая встраивается на место удаленной. Таким образом можно «ремонтировать» мутации, вызывающие тяжелые заболевания. Ученые убирают дефектный участок гена и заменяют его на нормальный. Более того, можно вносить новые мутации, создавать различные варианты одного и того же гена, добавлять к нему специфические последовательности, что отражается на функциях кодируемого им белка.

Можно исправлять сразу множество дефектных генов. Для этого нужно лишь синтезировать соответствующие crРНК, чьи последовательности совпадают с нужными участками ДНК. Белки Cas9 связываются с crРНК и устремляются «чинить» гены. Следует уточнить, что когда мы говорим о совпадении, то имеем в виду комплементарное соответствие. Принцип комплементарности показывает, в каком случае между различными цепочками ДНК или РНК будут образовываться связи. Нуклеотид А связывается с нуклеотидом Т, а нуклеотид С — с G. Поэтому, например, фрагмент ACTG совпадает с TGAC.

Схема редактирования ДНК с помощью CRISPR

Оружие против болезней

Когда стало понятно, что CRISPR-систему можно использовать для редактирования генома человека, множество лабораторий по всему свету занялись активными исследованиями. Например, используют технологию для создания генно-модифицированных организмов. Одно из направлений — создание кисломолочных бактерий, которые могли бы сопротивляться атаке бактериофагов, уничтожающих культуры полезных микроорганизмов. Но пожалуй, одно из самых интересных применений CRISPR — борьба с ретровирусными инфекциями.

Ретровирусы — к ним относится ВИЧ — вставляют свой геном прямо в ДНК зараженной клетки. В журнале Scientific Reports опубликована работа, демонстрирующая, как с помощью CRISPR-Cas9 можно очистить пораженные ВИЧ Т-лимфоциты и даже воспрепятствовать повторному встраиванию вируса. Генетики просто-напросто внесли в культуру T-клеток гены, кодирующие crРНК и Cas9, которые, в свою очередь, успешно вырезали ДНК вируса из генома лимфоцитов.

Китайские ученые проводили эксперименты на эмбрионах человека еще до того, как подобные исследования разрешили в Великобритании. В апреле 2016 года генетики сообщили, что они изменили гены зародышей, чтобы сделать их неуязвимыми к ВИЧ. С помощью CRISPR они внесли ген, который встречается у людей, невосприимчивых к инфекции.

Пригодилась система CRISPR и в борьбе с раком. Например, в работе, опубликованной в Nature Biotechnology, показано, что с помощью модифицированного белка Cas9 можно отключать определенные гены и тем самым определять их роль в перерождении нормальных клеток в злокачественные. Если выяснится, что мутация в определенном гене способствует развитию рака, то следующий шаг — исправление дефекта с помощью генетических манипуляций.

CRISPR способен помочь в лечении рака крови — лейкемии. Вместо того чтобы искать донора костного мозга, можно взять образцы тканей кроветворного органа самого пациента, исправить дефективные стволовые клетки, избавив их от роковой мутации, а затем пересадить обратно. Если злокачественные клетки, оставшиеся в больном организме, уничтожить облучением, исправленные клетки получат возможность размножаться и производить здоровые клетки крови.

Ящик Пандоры

Опасна ли система CRISPR? На нынешнем уровне развития нет. Опасения в большей степени связаны с тем, что редактировать геном человека с целью лечения наследственных заболеваний пока еще рано. Технология пока еще сырая. Так, работы китайских ученых были раскритикованы за большое количество разрывов ДНК, возникших не в том месте. Кроме того, только в нескольких из полусотни эмбрионов была произведена правильная замена участка гена.

Если технология редактирования генома и избавит человечество от наследственных заболеваний, рака, вирусов, то это дело будущего, которое, возможно, гораздо дальше, чем думают оптимисты. Что же касается создания улучшенных людей и связанных с этим этических проблем, то это вообще за пределами того, на что способна система CRISPR.

АКТУАЛЬНО

Добавьте комментарий

  • winkwinkedsmileam
    belayfeelfellowlaughing
    lollovenorecourse
    requestsadtonguewassat
    cryingwhatbullyangry
Войти через
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Наверх