Эксперт здоровья » Рубрики » Доктор природа » Медицина будущего: технология CRISPR/Cas9

  Медицина будущего: технология CRISPR/Cas9

  Автор: Тачановская О. | 18-02-2016 | Просмотров: 838 | Комментариев: (0)

Медицина все сильнее походит на научную фантастику. Генетики изобретают технологии, которые в будущем позволят выполнять точечное вмешательство в геном, а значит – по-настоящему лечить наследственные заболевания, онкопатологии, удаляя или заменяя гены с изъянами. Это дело еще не одного года и даже не одного десятка лет, но уже сегодня можно разглядеть, как будет выглядеть медицина будущего. Итак, посмотрим, что это за технологии, как они изменят облик медицины и как ученые до этого додумались.

Бактерии учили генетиков

Вся эта история с редактированием ДНК началась в середине ХХ века. Тогда биологи заметили, что разные штаммы одного вида бактерий переносят некоторые вирусные инфекции по-разному. Одни штаммы бактерий легко подхватывали вирус, и инфекция быстро распространялась по всей колонии. Другие же были устойчивыми к инфекции, или по крайней мере заражение шло медленно. Но после того как вирус приспосабливался к определенному штамму, инфекция распространялась уже без проблем и проволочек.


Два десятка лет ученые чесали затылки и разбирались, что это за избирательная устойчивость такая. И выяснили, что некоторые штаммы бактерий могут противостоять вирусам благодаря тому, что у них есть специальные белки, которые способны физически разрезать ДНК вируса. Саму эту способность назвали рестрикцией (от латинского restrictio – ограничение), а белки – ферментами рестрикции. Эти ферменты могут распознавать коротенькие и строго определенные «кусочки»-последовательности ДНК, которые могут попасться в геноме вируса. У каждого из ферментов рестрикции своя «зона ответственности»: они нацелены на разные последовательности. И у всякого штамма бактерий – свой «набор» таких ферментов.


Получается так. В бактерию «пробирается» вирус. Если ее ферменты рестрикции узнают определенный фрагмент вируса, то бактерия в безопасности – вирусу не удастся ее заразить. Если ферменты рестрикции с вирусом не знакомы – бактерия заразится. А еще вирус может «схитрить» – мутировать. Тогда если кусочек его ДНК, на который ферменты рестрикции натасканы, изменится, бактерия окажется беззащитна и «подхватит» инфекцию.


Но биологи носятся с бактериальным иммунитетом отнюдь не потому, что их так волнует здоровье бактерий, а потому, что у этого механизма есть одна интересная особенность: ферменты рестрикции могут разрезать ДНК в строго определенном месте. А другие специальные ферменты склеивают получившиеся фрагменты в определенном порядке. То есть на руках у ученых оказался фактически набор для «кройки и шитья» генома – для генной инженерии.


У человека (да и всех прочих млекопитающих) иммунитет бывает врожденным и приобретенным. Первый защищает от всего подряд, но ни от чего конкретного. Он реагирует на компоненты, общие для многих «врагов»: к примеру, на фрагменты клеточной стенки, одинаковые для кучи всяких бактерий. Второй знакомится с отдельными компонентами отдельных «вредителей», учится на этих патогенах, запоминает их на будущее и при следующей встрече легко с ними расправляется.


В 2012 году ученые выяснили, что у бактерий есть похожая система. У них врожденным иммунитетом «работает» рестрикция, а приобретенным – механизм CRISPR/Cas9.


Этот механизм выглядит так. На бактерию нападает вирус, она делает эдакий «фоторобот» части вирусной ДНК и отправляет эту информацию в «архив» – в место в геноме, которое, собственно, и предназначено для хранения данных о вирусах. Оно и называется CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами). По «фотороботу» бактерия создает РНК-зонд. Он умеет узнавать и связываться с генами вируса, если тот пытается напасть на бактерию еще раз. Сам по себе РНК-зонд ничего с вирусом поделать не может. Да и не должен: для этого у бактерии есть другой инструмент – нуклеаза Cas9. Это такой белок, который, как ферменты рестрикции, режет ДНК вируса. Он цепляется за РНК-зонд, тот ведет его к вирусу, тычет пальцем в нужное место (ровно то, в котором был сделан «фоторобот» при прошлой встрече с вирусом) и командует: «Фас! Режь тут!»


Тут взаимоотношения вирусов и бактерий отошли на второй план: научная общественность смекнула, что механизм CRISPR/Cas9 – великолепный инструмент для генной инженерии, и принялась радостно прыгать на одной ножке, хлопать в ладоши и писать статьи о ее потенциальной пользе для медицины будущего.

Проблемы и перспективы

Проблема с редактированием генома была в том, чтобы разрезать ДНК в нужной точке и нигде, кроме нее, т. к. из-за таких разрывов появляются мутации. Чтобы оценить точность прицела: геном человека – примерно 3 млрд нуклеотидов; РНК-зонд, который должен отыскать в геноме свое место, – 20–40 нуклеотидов – невероятно, что у него вообще это получается! А если подумать о генной терапии целой ткани? Отредактировать нужно все ее клетки, но каждую только раз. Звучит как обещание дойти пешком до Марса... Однако потенциально технология CRISPR/ Cas9 может это.


CRISPR/Cas9 и система рестрикции похожи: обе режут ДНК в определенном месте. Но у первой есть весомые преимущества. Перекраивать ДНК с помощью рестрикции можно только в пробирке: необходимый фрагмент сначала синтезируют, выделяют, тестируют и т. д., и только после этого вводят его в клетку. А технология CRISPR/Cas9 режет ДНК сразу на месте, в организме. Поэтому можно не только искусственно вводить гены, а еще и, например, одни гены удалять, заменять другими.


CRISPR’ом занялись всерьез и выяснили, что этот механизм работает не только в клетках бактерий, но и в мышиных, и в человеческих. Встроить его куда нужно несложно, в сущности, это можно провернуть даже на уровне целого организма.


Перспективы радужные. Можно будет полностью почистить геном человека от дефектных генов. Или устроить «свидание» конкретных РНК, ДНК и белка сразу. Допустим, выключить у Cas9 «режущий» навык, зато подцепить к нему что-нибудь другое (активатор гена; белок, заменяющий «бракованный» ген на его резервный вариант из другой хромосомы) и отправить в определенную точку генома, к какому-то плохо работающему гену. Таким образом можно точечно и тонко выполнить настройку всего организма.

Это работает так

CRISPR/Cas9 включает два этапа. Сначала «режущий» фермент с помощью подобранного РНК-зонда, последовательность которого один к одному совпадает с нужной последовательностью в геноме, добирается до места и наносит там двухцепочечный разрыв. Это раз.


Потом включается система репарации – внутренние механизмы восстановления клетки. Это два.


Разрыв ДНК – это форс-мажор для любой клетки. Он может привести к мутациям и вообще ставит под угрозу целостность генома. Поэтому в организме предусмотрены специальные белки: они отыскивают разрывы и запускают «ремонт». Кажется, что проще всего склеить там, где разорвалось, и все, но нельзя: лишних букв в ДНК нет, потеря нескольких из них на стыке сдвинет рамку считывания гена и выключит ген. Поэтому клетка ищет похожий кусочек в геноме и пользуется им как образцом для восстановления последовательности нуклеотидов в месте разрыва. И тут самое время подсунуть ей тот вариант, каким нужно заменить исходную последовательность.

Исследования идут. Но не по струнке


О лечении людей с помощью технологии CRISPR/Cas9 говорить еще рано. Эффективность этой технологии пока слишком мала, вместе с нужным разрезом в геном часто вносят лишние, случайные. Действительная эффективность в немалой степени зависит от типа клеток, подвергающихся редактированию, от их природы: то, что хорошо срабатывает на лабораторных мышках, может не так работать на людях. Метод новый, и прежде всего его нужно изучать, причем на человеческих эмбрионах и яйцеклетках. Работы в этом направлении ведутся, но спотыкаются об этические принципы проведения исследований. Как, например, эксперименты по редактированию генома эмбрионов человека, которые проводили китайские ученые примерно год назад.


В начале февраля появилось сообщение, что Великобритания разрешит редактирование генома эмбрионов человека в исследовательских целях. Пока это разрешение будет дано только одной группе ученых и с весьма строгими ограничениями: эмбрионы с отредактированным геномом нужно будет уничтожить в течение 2 недель после их получения, и уж конечно, их нельзя будет имплантировать женщине для вынашивания. Впрочем, раньше такие исследования были запрещены вообще во всех странах Запада, поэтому прогресс налицо.


Это разрешение и будущие исследования – серьезный шаг к тому, чтобы начать применять технологии редактирования генома на людях. В будущем CRISPR/Cas9 может изменить подход к лечению. При многих наследственных болезнях, которые раньше невозможно было вылечить, или при которых была доступна только симптоматическая терапия, можно будет устранить саму причину болезни. В первую очередь речь идет о генетических заболеваниях, в которых «виновен» один ген, таких как муковисцидоз, гемофилия, бета-талассемия.




 

Не нашли ответ на свой вопрос? Спросите у эксперта.

Похожие статьи:
    Чудеса биоинженерии Больше полувека назад в медицинскую науку просто ворвалось понятие биоинженерии, которая трактовалась как синтез биологических знаний о живом организме и инженерных представлений о механизмах и машинах. Этому направлению прочили большое будущее, связывая с его появлением создание приборов нового поколения для диагностики сложных заболеваний или новых материалов, способных заменить живые ткани человека....

    ТОП-10 изобретений человечества в сфере медицинских технологий в 2015 году Многочисленные угрозы для здоровья человека встречают достойный отпор со стороны ученых. Мы предлагаем вашему вниманию краткий обзор наиболее прорывных открытий в сфере медицины, сделанных в 2015 году. И хотя многие из этих открытий требуют дальнейшей доработки, велика вероятность того, что они внесут революционные изменения в привычные схемы лечения заболеваний....

    Гепатит С: как противостоять агрессору? Здравствуйте, уважаемая редакция! Пишет Набиева Даркуль Караевна, г. Кызылорда, 50 лет. Говорю вам всем огромное спасибо за вашу газету «Эксперт здоровья»! Прочитала статью о гепатите в № 22 за ноябрь 2008 г. Вы даете надежду! Нам, больным с диагнозом гепатит, очень тяжело, болезнь все время держит в «ежовых рукавицах». Написано просто, доходчиво, нет непонятных медицинских терминов. Врачи говорят, что занесли эту болезнь во время операции. Меня это приводит в ужас, я...

    Лабиальный герпес Это  интересно. ДНК-содержащий вирус герпеса - без сомнения, один из наиболее распространенных видов человеческих инфекций: так, к herpes labialis (вирусу простого герпеса первого типа) не имеют иммунитета 95% населения планеты, и даже наследственно не инфицированный ребенок, как правило, уже к трем-четырем годам неизбежно становится носителем этого вируса....

    За что отвечает генетика? Бурное развитие генетики как науки в XX столетии послужило толчком к возникновению совершенно новых направлений в современной медицине и смежных с ней специальностей. К примеру, антропологическая генетика позволила оценить генофонд населения планеты, что, в свою очередь, в сочетании с медицинской генетикой и геногеографией сделало возможным раскрытие сущности генома человека....

Добавление комментария

Ваше Имя:
Код:
Включите эту картинку для отображения кода безопасности
обновить, если не виден код
Введите код:

АРХИВ НОМЕРОВ
КАК ЛЕЧИТЬ
Остеохондроз
Шейный, шейно-грудной, поясничный
Профилактика и лечение.

Простатит
Как уменьшить воспалительный процесс
в предстательной железе?

Внутричерепное давление
Как измерить внутричерепное давление?
5 причин - провокаторов ВЧД

Панкреатит
Народное лечение панкреатита.
Особенности. Травы. Диета

Воспаление яичников
Эндометриоидные кисты. Причины возникновения

ОБЛАКО ТЕГОВ


О проекте / Вакансии / Реклама / Наши партнеры / Контакты / Обратная связь /

"Эксперт здоровья" - научно-популярный медицинский сайт. Только правда о красоте и здоровье от профессионалов.
2010-2014 © Все права защищены. При цитировании материалов данного сайта ссылка обязательна. Разработка сайтов WebNavigator
Наши социальные проекты: Вконтакте Twitter Мой Мир