Ученые нашли новый способ редактирования ДНК

Точное исправление генетического кода поможет победить тысячи смертельных заболеваний

Генные инженеры из Гарвардского университета разработали новую технологию редактирования генов, которая, как надеются биологи, позволит избавляться от ошибок в генетическом коде человека. Потенциально разработка открывает путь к излечению тысяч смертельных наследственных заболеваний. Доклад с результатами исследования публикует международный научный еженедельник Nature.

Предполагается, что новая техника позволит врачам вносить изменения в ДНК людей и влиять на молекулярные машины, которые и определяют устройство человека. Это дает возможность победить мутации генов, приводящие к наследственным болезням — от генетической слепоты до серповидноклеточной анемии, метаболических нарушений и кистозного фиброза. Кроме того, новую технологию можно использовать для записи полезных мутаций в ДНК, уверены авторы открытия.

Технология получила название ABE (в переводе — «базовый редактор аденина»). Эта молекулярная машина непосредственно преобразует один строительный блок ДНК в другой. Последовательности ДНК состоят из четырех азотистых оснований: аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) и цитозина (Ц). Эти молекулы — алфавит генетического кода — выстраиваются в две длинные парные цепочки, где напротив Г всегда стоит Ц, а к А всегда прикреплена Т.

В этой последовательности могут возникать ошибки, которые считаются генными мутациями. В таком случае нужно максимально аккуратно исправить ошибочный набор молекул на верный. Предложенная технология базового редактирования позволяет точечно заменить одну букву в паре на другую. В этом случае в молекуле ДНК возникает напряженность, ведь напротив, например, переписанной Т будет стоять не ее законная пара — аденин, а оставшийся гуанин. В таком случае клетка сама пытается исправить неточность и восстановить нужную последовательность.

Таким образом, изменения, внесенные в ДНК с помощью ABE, намного точнее изменений, которые внесены с помощью ведущей и самой известной до сих пор технологии редактирования генома CRISPR. Как говорит один из авторов исследования, молекулярный биолог Дэвид Лю, «CRISPR — это как ножницы, а наш базовый редактор — это карандаш».

Метод CRISPR/Cas основан на том, что в клетку запускают белок (Cas), который «режет» цепочку ДНК там, где необходимо устранить мутацию. Разрыв привлекает клеточные ремонтные машины, которые пытаются исправить повреждение и в ходе ремонта меняют ошибочный кусок ДНК на новый. Однако для такой заплатки необходим шаблон — парная хромосома без мутации или специально созданная модель.

Главный недостаток этого метода заключается в том, что всегда остается вероятность, что вместе с исправлением ошибки в ДНК будут внесены непредусмотренные изменения. Поэтому биотехнологи решили модифицировать белок в CRISPR/Cas. По новой технологии он не «режет» обе нити ДНК, а просто прикрепляется к нужному месту цепочки и приносит с собой другой белок, меняющий одну генетическую букву на другую.

«Мы разработали новый базовый редактор — молекулярную машину, которая работает предсказуемо, эффективно, необратимо и чисто, позволяя исправить мутации в геноме живых клеток, — поясняет Лю. — Эти изменения направлены на конкретные точки в геноме человека, а потому они исправляют конкретную мутацию, связанную с определенным заболеванием».

Как пишет The Independent, технологию ABE уже протестировали в лаборатории, исправляя мутацию, ответственную за наследственный гемохроматоз (HHC) — заболевание, вызывающее переизбыток железа в организме. Результаты исследования получили положительные отзывы многих ученых.

«Многие генетические заболевания вызваны мутациями генов, когда только одна базовая пара была заменена другой. Это делает новый метод базового редактирования крайне полезным как в фундаментальных исследованиях, так и для моделирования болезней и теоретически для коррекции генетических заболеваний, — уверен профессор Робин Ловелл-Бадж, руководитель группы в Институте Фрэнсиса Крика в Лондоне. — Конечно, потребуется гораздо больше исследований, чтобы доказать безопасность метода и повысить его эффективность, которая уже сейчас составляет впечатляющие 50%, но это захватывающая разработка».

«Эта работа стала новым этапом эволюции в истории технологии CRISPR», — считает Даррен Гриффин, профессор генетики в Кентском университете.

«Появившаяся возможность напрямую изменять все четыре пары азотистых оснований с такой точностью дает нам новое оружие против болезней, — уверена доктор Хелен О’Нил, руководитель программы по репродуктивной науке в Университетском колледже Лондона. — Это открытие станет невероятно мощным толчком в исследовании генных мутаций и в будущем поможет в борьбе с ними».