CRISPR/Retrons

CRISPR – технология геномного редактирования, которая приобретает всё большую и большую роль и известность. Главной отличительной чертой данной технологии является то, что изменения на биологическом уровне вносятся за несколько дней, в то время как раньше такие процедуры могли занять от нескольких недель до нескольких месяцев.

Интересно, что с помощью данной технологии можно вносить изменения в ДНК не только людей, но и животных и растений.

Каким же образом человечество пришло к столь инновационному открытию?

Всё началось в 1987 году с изучения японскими учёными кишечной палочки, в ходе которых в её ДНК были обнаружены довольно интересные последовательности, имеющие тенденцию к повторению.  

Аналогичные повторяющиеся комбинации были обнаружены и в структуре других организмов.

Данным последовательностям вскоре присвоили название CRISPR, что с английского обозначает – короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами (Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats).

Звучит – сложно, однако на практике всё весьма просто. Все эти фрагменты – ничто иное, как часть иммунной системы исследуемых организмов, а именно – бактерий.

Естественными врагами бактерий являются вирусы. Соответственно, чтобы отражать атаки своих врагов, бактериям приходится производить определённые ферменты. Когда вирус побеждён – остатки его генетического материала «запечатываются» бактерией в структуре CRISPR. Данная информация будет полезной при новой вирусной атаке, так как бактерия уже будет иметь специфический действенный способ борьбы конкретно с этим видом вируса. В случае нападения бактерией производятся белки Cas9. Они являются тем местом, где хранятся фрагменты генетического материала вируса. Когда этот фрагмент и ДНК вируса, который атакует, совпадают, белок Cas9 нейтрализует угрозу посредством разрезания генетического материала вируса.

Долгое время это открытие не имело никакого другого практического применения и значения, кроме как в микробиологии. Но в 2011 году учёные решили более детально исследовать механизм CRISPR.

Как оказалось, белок Cas9 можно обмануть и дать ему другую РНК. Таким образом, можно разрезать геном в любом нужном месте и вставить нужный ген, добавляя ферменты, которые восстанавливают ДНК.

Технология геномного редактирования имеет большой потенциал практического применения, например:

• CRISPR применяется в сельском хозяйстве с целью привить сельскохозяйственным культурам устойчивость к определённым видам бактерий, а также для повышения урожайности культур, их питательности и устойчивости.
• Методика теоретически может применяться для борьбы с различными заболеваниями, в том числе с такими, как рак и ВИЧ. Однако безопасность применения данной технологии на практике в больницах остаётся под вопросом. Известны случаи, когда ферменты Cas9 ошибались и редактировали ДНК совсем в других неожиданных местах. Это может привести к усложнению хода болезни или даже к возникновению новых серьёзных заболеваний.
• Как известно, бактерии имеют свойство развивать устойчивость к антибиотикам. Разработка новых антибиотиков – не самое дешёвое и не самое простое занятие. А с помощью технологии CRISPR можно уничтожать некоторые виды бактерий и, в перспективе, вирусов. Методика находится в разработке и имеет высокий потенциал практического применения.

Несмотря на всю популярность способа, у него есть свои ограничения: CRISPR\Cas применяется для создании крупных вставок в геноме. Однако для создания небольших мутаций в клетках данная технология не так удобна.  

Для решения этой задачи учеными из Гарварда был разработан новый, более усовершенствованный способ геномного редактирования, с помощью которого можно вносить более точные мутации.

Метод основан на ретронах – небольших фрагментах одноцепочечной ДНК, которые двумя концами прикреплены к фрагменту РНК.

Ретроны являются защитным механизмом бактерий.

Внедрение небольших мутаций является главным применением геномного редактирования с использованием ретронов.

Эффективность метода гораздо выше, чем у технологии CRISPR, и даже превышает 90 процентов.

Другим преимуществом редактирования генома при помощи ретронов является способность выделять мутантные клетки, чтобы в ходе дальнейших исследований беспроблемно находить их.

Например, если все мутантные клетки бактерий наделить устойчивостью к бактериям, а потом обработать их антибиотиком, то среди выживших клеток окажутся только клетки с мутациями.

Что ж, человечество неустанно движется вперёд, учёные открывают всё новые и новые технологии и нам остаётся только гадать – что же будет дальше? Как далеко зайдёт человек в попытках изучить этот мир и свидетелями каких ещё  резонансных открытий нам предстоит стать?