Что такое геномное редактирование и какие перспективы развития этой технологии

Как работает технология CRISPR

В конце 80-х годов исследователи обнаружили у некоторых бактерий повторяющиеся участки ДНК, которые назвали CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats ― «сгруппированные регулярно расположенные палиндромные повторы»). Оказалось, что это часть иммунной системы. Бактерии, как люди и животные, подвержены заражению различными вирусами, их называют бактериофагами. Сталкиваясь с противником, клетки сохраняют часть его ДНК, чтобы в следующий раз быстро распознать. Когда вирус проникает в клетку повторно, она вырабатывает специфический фермент, который разрезает ДНК бактериофага и мешает ему размножаться.

В 2012 году на основе этого механизма две женщины-ученых ― Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна ― разработали технологию резки, которую можно применять не только на вирусах, но и на любом геноме. После того, как ДНК разрезают и удаляют какой-то участок, клетка начинает его чинить. Для этого существует множество механизмов. Наиболее интересный для ученых выглядит следующим образом: клетке «показывают» похожий фрагмент ДНК, который содержит определенную мутацию, и она воссоздает по этому образцу точную копию, тем самым восстанавливает удаленный участок. Так геном приобретает новые заранее заданные свойства.

Достоинства CRISPR

• Технология гораздо дешевле других методов редактирования ДНК. Для тех требуются специфические, созданные на заказ белки, а механизмы CRISPR более универсальны.
• Благодаря этой разработке ускорились многие биологические и химические эксперименты. Чтобы проверить ту или иную гипотезу, ученым не нужно подключать трудоемкие формы редактирования генов, это можно сделать дешево и быстро.
• Технология не стоит на месте, и сейчас ДНК даже не нужно разрезать. Специальные ферменты присоединяются к определенному участку молекулы и меняют лишь некоторые гены. Поэтому CRISPR становится еще более неинвазивной.
• Благодаря такому способу редактирования можно работать с наиболее опасными и сложными заболеваниями: ВИЧ и различными формами рака.

Ограничения CRISPR

• Технология до сих пор не дает абсолютно предсказуемый результат, и не во всех случаях геном получается корректно отредактировать. Иногда новые мутации не возникают совсем или получаются лишь частичными.
• Не до конца изучены отдаленные последствия редактирования генома.
• Проще отредактировать ДНК эмбриона, чем взрослого. Клетки хорошо защищают себя от вторжения чужеродных генов. Поэтому пока наиболее перспективными выглядят технологии CRISPR на тех органах и тканях, которые можно извлечь, отредактировать в лабораторных условиях, а потом вернуть в тело человека. Например, при лечении некоторых заболеваний крови у пациентов берут клетки костного мозга, редактируют их ДНК, а потом пересаживают обратно.
• Пока еще сложно сделать CRISPR достаточно адресно: есть риск ошибок, когда мутациям подвергается не нужный фрагмент ДНК, а похожий на него другой участок молекулы.
• Ферменты, которые позволяют редактировать геном, нельзя произвести на любой биологической фабрике, эти технологии доступны ограниченному кругу компаний. В связи с этим возникает проблема элитарности этой технологии.