Генетические ножницы уже работают: как CRISPR изменит медицину
CRISPR называют одной из самых важных технологий XXI века: она позволяет учёным менять участки ДНК быстрее и точнее, чем прежние методы. Аспирант научно-технологического университета «Сириус» Даниил Задорожный рассказал «Рамблеру» о том, как работает технология, какие болезни она уже помогает лечить, почему её называют прорывом и какие опасения остаются у врачей.
CRISPR — «генетические ножницы»
CRISPR/Cas9 — технология, которая позволяет находить конкретный участок ДНК и менять его. Учёные используют специальную систему из направляющей молекулы и белка Cas, который может «разрезать» ДНК в нужном месте. После этого клетка сама исправляет повреждение, а исследователь может изменить работу гена и вылечить генетическое заболевание.
Систему CRISPR создали не в лаборатории, а подсмотрели у архей и бактерий — это природная система защиты от вирусов. Бактерии сохраняют фрагмент вирусной ДНК внутри своей и используют его как «образец», чтобы быстрее распознавать угрозу при следующей атаке.
«До появления CRISPR/Cas9 направленное изменение генома опиралось на два неудобных инструмента. Первый — микроинъекция ДНК в оплодотворённую яйцеклетку — метод, при котором ДНК встраивается в геном случайно, без контроля места вставки. Второй — это программируемые нуклеазы на основе "цинковых пальцев" — белкового участка, распознающего конкретные участки в ДНК. Минус этого метода в том, что для узнавания каждой новой. последовательности ДНК приходилось заново проектировать и синтезировать целый белковый набор. Это долго и дорого».
Задорожный Даниил Витальевичаспирант, младший научный сотрудник Научно-технологического университета «Сириус»
CRISPR/Cas9 заменил дорогое белковое узнавание на узнавание через гидовую РНК — молекулу, которая подсказывает, где нужно менять последовательность нуклеотидов. Система, изначально описанная как адаптивный иммунитет бактерий, стала удобным способом рутинного редактирования генома. В 2012 году учёные показали, что эту систему можно перепрограммировать для редактирования ДНК в лаборатории.
После этого CRISPR стал инструментом для генетических исследований, разработки лекарств и поиска способов лечения наследственных болезней.
CRISPR редактирует гены болезни
Большинство лекарств работают с последствиями заболевания: уменьшают боль или снимают воспаление. CRISPR предлагает другой подход — изменить сломанный ген, работа которого запускает заболевание.
Например, при наследственных болезнях одна ошибка в ДНК может нарушить производство важного белка. Если учёные смогут исправить такую ошибку или изменить работу повреждённого гена, клетки получат шанс восстановить нормальную функцию.
Особенно перспективна технология для заболеваний, где причина хорошо известна: болезни крови, некоторые наследственные заболевания сетчатки, отдельные заболевания мышц, а также некоторые направления клеточной терапии при онкологических болезнях.
Генетика эублефаров может подсказать, как лечить рак
Первое CRISPR-лекарство
«Самое продвинутое направление для применения CRISPR-Cas-терапии — это моногенные заболевания крови, где редактирование затрагивает клетки, извлечённые из организма. Первым и пока единственным одобренным препаратом на основе CRISPR/Cas9 остаётся Casgevy, созданный в 2023 году компаниями Vertex и CRISPR Therapeutics для лечения серповидноклеточной анемии. При этой болезни изменённый ген заставляет эритроциты приобретать неправильную форму. Они хуже проходят по сосудам и могут вызывать сильные приступы боли и повреждение органов».
Casgevy работает так: у пациента берут кроветворные стволовые клетки, редактируют их с помощью CRISPR в лаборатории и возвращают обратно. Изменённые клетки начинают производить больше особого вида гемоглобина, который помогает уменьшить проявления болезни.
Новые версии CRISPR
Первая версия CRISPR-Cas9 работает как ножницы: она «разрезает» ДНК в определённом месте, но такой метод подходит не для всех задач.
Сегодня появились новые варианты технологии:
- Base editing — позволяет заменить отдельную «букву» генетического кода без полноценного разрезания ДНК.
- Prime editing — более точный вариант, который может менять небольшие участки генома.
Эти методы могут сделать редактирование безопаснее и расширить число болезней, которые можно лечить.
Проблема CRISPR
«Главный технический риск — это непреднамеренные изменения в геноме, когда Cas9 "разрезает" не те его участки. Даже в точке предполагаемого разреза последствия не всегда предсказуемы. Такая ошибка может ничего не изменить, но в теории способна нарушить работу других генов. Например, изменение участка, связанного с контролем роста клеток, может повысить риск опасных последствий».
Сейчас один из главных вопросов: не только, что изменить в гене, но и как доставить систему редактирования в нужное место.
Для этого изучают разные способы:
- вирусные переносчики, которые могут заносить генетические инструменты в клетки;
- наночастицы, которые защищают молекулы и помогают им попасть внутрь организма;
- новые белки Cas, которые могут работать точнее и компактнее.
Успех этих исследований может сделать CRISPR подходящим не только для отдельных болезней крови, но и для заболеваний многих органов.
Клеточное мясо, вертикальные фермы и меню по ДНК
Этические проблемы
«В отношении соматического редактирования, то есть изменений, которые действуют только в клетках конкретного пациента и не передаются потомству, позиция научного сообщества почти единогласна: при должном контроле безопасности это законная форма терапии, принципиально не отличающаяся от прочих методов генной медицины. Совершенно иначе обстоит дело с редактированием зародышевой линии, вмешательством в эмбрионы, яйцеклетки или сперматозоиды, результат которого унаследуют все последующие поколения, не имея возможности дать на это согласие».
В 2018 году китайский учёный Хэ Цзянькуй сообщил о рождении детей после редактирования эмбрионов с помощью CRISPR. Научное сообщество резко раскритиковало этот эксперимент из-за вопросов безопасности и этики. Сегодня большинство специалистов считают редактирование наследуемых изменений слишком рискованным для клинического применения.
Цена лечения
CRISPR-препараты пока доступны не всем пациентам из-за высокой цены. Причина — сложное производство. Нужно взять клетки человека, обработать их в лаборатории, проверить качество и вернуть пациенту. Этот процесс требует дорогостоящего оборудования и большого количества специалистов.
В будущем учёные надеются создать более простые способы доставки CRISPR прямо в организм. Это может снизить стоимость лечения и сделать технологию более доступной.
Главное о системе CRISPR-Cas9
CRISPR изменил представление о возможностях медицины: учёные впервые получили инструмент, который позволяет целенаправленно изменять отдельные участки генома и таким образом воздействовать на причину болезней. Вместе с большими возможностями появляются большие вопросы: насколько точно работает технология, кто сможет получить лечение и где проходит граница между лечением болезни и изменением генома человека.
Большинство методов CRISPR пока находятся на стадии клинических исследований, а к применению одобрен только один препарат.
Текст проверил аспирант, младший научный сотрудник Научно-технологического университета «Сириус» Задорожный Даниил Витальевич
Важные исследования
- Как устроена система CRISPR-Cas
- Лекарство на основе CRISPR
- История отредактированных близнецов
- Новые варианты технологии редактирования генома
Подпишитесь на «Рамблер» в Max! Будем на связи вопреки блокировкам и сбоям.