Технология CRISPR

Это похоже на нажатие кнопки редактирования генов: простой инструмент, который ученые могут использовать для отрезания и редактирования ДНК, ускоряет темпы продвижения, которые могут привести к лечению и профилактике заболеваний.

Результаты приходят быстро, так как исследователи уже могут публиковать результаты своей работы, в которых используется инструмент CRISPR-Cas9.

Инструмент, часто называемый CRISPR для краткости, впервые показал, что он способен отрезать ДНК в 2011 году. Он состоит из белка и брата ДНК, называемого РНК. Ученые могут использовать его для резки нитей ДНК в очень точном месте, что позволяет им удалять мутированные части генов из нити генетического материала.

Технология CRISPR

Только за прошедший год десятки научных работ исследователей из разных стран мира подробно изложили результаты исследований — некоторые из которых были многообещающими, некоторые критические — которые использовали CRISPR для вырезания и замены нежелательной ДНК для разработки методов лечения рака, ВИЧ, слепоты, хронической боли, мышечной дистрофии и болезни Хантингтона.

«Благодаря исследованиям CRISPR открылись темпы фундаментальных исследований, — сказал эксперт по биохимии и CRISPR Сэм Стернберг, лидер группы по разработке технологий в Беркли, Калифорния, Карибу Biosciences Inc., которая разрабатывает CRISPR-решения для медицины, сельского хозяйства и биологических исследований.

Хотя за несколько лет до того, как какие-либо методы, основанные на CRISPR, могут быть протестированы на людях, «вряд ли день пройдет без многочисленных новых публикаций, в которых будут изложены новые данные о здоровье и генетике человека, которые воспользовались этим новым инструментом», — сказал Стернберг.

Конечно, люди — не единственный вид с геномом. CRISPR также применяется к животным и растениям: от выведения паразитов, которые вызывают малярию и болезнь Лайма, для улучшения урожайности картофеля, цитрусовых и томатов.

«CRISPR невероятно мощный, он уже принес революцию в повседневную жизнь в большинстве лабораторий», — сказал молекулярный биолог Джейсон Шельцер, главный исследователь лаборатории Шельцер в Cold Spring Harbor в Нью-Йорке. Шельцер и его команда используют CRISPR для понимания биологии хромосом и того, как связанные с ними ошибки могут способствовать раку.

Рак

Лекарство от рака человечество ищет со времени греческого врачо Гиппократ, который жил между 460 и 370 г. до н.э., и придумал слово для этой болезни: karkinos. Но поскольку рак, как и многие болезни, является результатом мутации в геноме человека, исследователи говорят, что возможно лечение на основе CRISPR могло бы в один прекрасный день замедлить скорость распространения опухоли или полностью прекратить болезнь.

Некоторая ранняя работа в этой области уже происходит в Китае, где правила, регулирующие использование генного редактирования у людей, более мягкие, чем в Соединенных Штатах.

В октябре 2016 года больной раком легкого в Китае стал первым из 10 человек в мире, получившим инъекцию клеток, модифицированных с использованием CRISPR, сообщает журнал Nature. Исследователи, возглавляемые онкологом доктором Лу Вы в Университете Сычуани в Чэнду, модифицировали иммунные клетки, взятые из собственной крови пациента, и отключили ген, который продуцирует белок, который обычно захватывает раковые клетки, чтобы разделить и размножить. Есть надежда, что без белка раковые клетки не будут размножаться, и иммунная система победит.

Исследовательские группы в Соединенных Штатах также рассматривают способы использования CRISPR для борьбы с раком. Д-р Карл Джун, директор по трансляционным исследованиям в Рак-центре Абрамсона в Университете Пенсильвании, и его коллеги получили одобрение в июне 2016 года от Национального института здоровья для проведения клинического исследования 18 пациентов с раком на поздних стадиях меланомы (рак кожи), саркомой (рак мягких тканей) и множественной миеломой (рак костного мозга), согласно заявлению университета. В этом клиническом испытаним исследователи будут использовать CRISPR для изменения трех генов в собственных клетках иммунной системы пациентов, в надежде получить эти клетки для уничтожения раковых клеток в их телах.

ВИЧ

Искоренение ВИЧ, вируса, вызывающего СПИД, было тяжелой битвой. Мало того, что вирус заражает иммунные клетки в организме, которые атакуют вирусы, но он также является пресловутым мутатором. После того, как ВИЧ захватывает клетку в организме и начинает реплицироваться, она генерирует множество генетических вариаций, которые помогают ей избежать лекарственной терапии. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, эта лекарственная устойчивость является огромной проблемой при лечении людей, инфицированных ВИЧ.

В мае 2017 года исследователи из Университета Темпл и Университета Питтсбурга использовали CRISPR для обрезания вируса из клетки, которую он заражал, закрывая способность вируса к репликации. Это использование техники было протестирована на трех разных моделях животных впервые исследователями, продемонстрировавшим способ устранения ВИЧ от инфицированных клеток, по словам исследователей, возглавляемого ChenGing, вирусологом в Университете Макгилла в Монреале. Они сообщили результаты своего исследования в журнале Molecular Therapy.

Болезнь Хантингтона

Около 30 000 людей в Соединенных Штатах по данным Общества Болезни Хантингтона Америки страдает от наследственного заболевания называется болезнью Хантингтона. Это фатальное генетическое заболевание, которое заставляет нервы в мозге ухудшаться с течением времени. Симптомы включают изменения личности, колебания настроения, неустойчивую походку и невнятную речь.

Заболевание возникает из-за дефектного гена, который становится больше, чем обычно, и образует более крупную, чем нормальную, форму белка, называемого Гентингтин, который затем разбивается на более мелкие токсичные фрагменты, которые накапливаются в нейронах, нарушая их функции.

Но в июне 2017 года ученые сообщили в Journal of Clinical Investigation, что вылечили заболевание у лабораторных мышей, которые были сконструированы таким образом, чтобы вместо мышиного гена Гентингтин был Гентингтин человека. Су Ян, почетный научный сотрудник отдела генетики человека в Университете Эмори в Атланте и Ренбао Чанг, в Институте генетики и биологии развития Китайской академии наук, использовал CRISPR, чтобы вырезать часть мутантного гена Гентингтин, производящего токсичные частицы.

После того, как они сделали это, количество ядовитых фрагментов уменьшилось в мозгу мышей, и нейроны начали заживать. Поврежденные мыши восстановили некоторый моторный контроль, баланс и силы. Хотя их производительность по определенным задачам была не так хороша, как у здоровых мышей, результаты показали потенциал CRISPR для борьбы с этим заболеванием.

В заявлении ученые подчеркнули, что необходимо провести более строгие исследования, прежде чем можно будет лечить таким образом людей.

Мышечная дистрофия Дюшенна

Мышечная дистрофия Дюшенна является изнурительным заболеванием, которое развивается из-за мутации в одном гене, называемом геном дистрофина, который является одним из самых длинных генов в организме. Команда исследователей из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса во главе с профессором молекулярной биологии Эриком Олсоном работает с CRISPR, чтобы найти способы борьбы с мышечной дистрофией Дюшенна.

Из-за мутации в гене дистрофина организм не создает функциональную форму белка дистрофина, который необходим для здоровья мышечных волокон. Со временем недостаток этого белка вызывает прогрессирующее дегенерацию мышц и слабость.

В апреле 2017 года Олсон и его команда сообщили в журнале Science Advances, что они использовали вариацию инструмента CRISPR под названием CRISPR-Cpf1, чтобы исправить мутацию, которая вызывает мышечную дистрофию Дюшенна. Они фиксировали ген в клетках человека, растущих в лабораторных блюдах, и у мышей, несущих дефектный ген.

CRISPR-Cpf1 — еще один инструмент в инструментальной панели для редактирования генов. Он отличается от более часто используемого CRISPR-Cas9 тем, что он меньше, что облегчает доставку в мышечные клетки, говорится в заявлении юго-западного медицинского центра UT. Он также распознает различную последовательность ДНК, чем Cas9, которая пригодится для редактирования очень длинного гена дистрофина.

Предотвращение слепоты

Согласно данным Национального института здоровья, одной из наиболее распространенных причин детской слепоты является состояние, называемое врожденным амаврозом Лебера, которое поражает примерно 2-3 ребенка на 100 000 новорожденных. Болезнь наследуется и вызвана мутациями по меньшей мере в 14 генах, отвечающими за нормальное зрение.

Кембриджская биотехнологическая компания Editas работает над терапией на основе CRISPR, чтобы отменить тип болезни, названной врожденным амаврозом типа 10. Компания стремится подать необходимые документы в Управление по контролю за продуктами и лекарствами до конца 2017, чтобы начать первые испытания на людях в отношении лечения этого состояния, сообщает информационный сайт биотехнологий Xconomy.

Editas был учреждена Фэн Чжаном, профессором биоинженерии в Массачусетском технологическом институте, который продемонстрировал, что CRISPR-Cas9 можно использовать для клеток человека. Дженнифер Дудна из Unversity of California, Berkeley и Emmanuelle Charpentier, затем Венского университета, также продемонстрировала, что CRISPR-Cas9 может отрезать ДНК, и они подали патент на технологию в 2012 году. Broad Institute, который является частью  Массачусетского технологического института, представила свой патент в апреле 2014 года. Беркли подал иск, согласно которому Дудна был первым, сообщает Nature.

Хроническая боль

Хроническая боль не является наследственным генетическим заболеванием, но ученые изучают способы использования CRISPR для предотвращения боли в спине и суставов путем изменения генов для уменьшения воспаления. В нормальных условиях воспаление — это способ тела сообщать иммунной системе о восстановлении ткани. Но хроническое воспаление может делать обратное и повреждать ткань, в конечном итоге вызывая изнурительную боль.

В марте 2017 года группа исследователей, возглавляемая доцентом биоинженерии профессором Робби Боулсом из Университета штата Юта, сообщила, что они использовали CRISPR для предотвращения определенных клеток от продуцирования молекул, которые предназначены для разрушения ткани и приводят к воспалению, вызывающему боль, согласно заявлению из университета.

Например, эту методику можно было бы использовать для задержки дегенерации ткани после операции на спине. Это может ускорить исцеление и уменьшить потребность в дополнительных операциях для исправления повреждения ткани.

Болезнь Лайма

Кевин Эсвельт, эволюционный биолог в Массачусетском технологическом институте, хочет уничтожить болезнь Лайма, вызванную клещевой бактерией, которая может распространяться от укусов клещей к людям. При отсутствии лечения инфекция может вызвать воспаление суставов, боль в нервах, сердцебиение, лицевой паралич и другие проблемы.

Хотя бактерии, которые вызывают болезнь Лайма, передаются людям клещами, у самих клещей нет бактерий, когда они вылупляются из яиц. Скорее, молодые клещи забирают бактерии, когда они питаются, часто паразитируя на белоногих хомячках (Peromyscus leucopus). Эсвельт хочет уменьшить заболевание, используя CRISPR-Cas9, чтобы генетически модифицировать грызунов, чтобы они и их потомство стали невосприимчивыми к бактериям и не смогли передать их  клещам, сообщает Wired.

В июне 2016 года Эсвельт представил свое решение жителям островов в Массачусетсе, для которых болезнь Лайма актуальна, сообщает Cape Cod Times. Однако такие мыши не будут выпущены на острове, пока не будут проведены дальнейшие испытания, и это может занять годы.

Малярия

Малярия убивает сотни тысяч людей в год. В 2015 году, самый последний год, за который Всемирная организация здравоохранения располагает статистическими данными, насчитывается примерно 212 миллионов случаев заболевания малярией и около 429 000 случаев смерти от малярии.

Чтобы атаковать проблему у источника, исследовательские группы в Imperial College London стремятся сократить количество популяций комаров, передающих малярию. Согласно заявлению колледжа, группа ученых, возглавляемая профессорами Остином Берт и Андреа Крисанти, проведет исследование двух основных направлений деятельности: генетическое изменение мужских особей, чтобы они производили больше мужских потомков и генетически модифицировали насекомых таким образом, что снижает их рождаемость.

В декабре 2015 года группа сообщила в журнале Nature, что они определили три гена для снижения фертильности комаров. Они также обнаружили, что CRISPR может работать хотя бы для одного из них.

Культуры

Подобно тому, как CRISPR можно использовать для модификации геномов человека и животных, его можно использовать для модификации геномов растений. Ученые изучают способы использования возможностей этого инструмента для снижения заболеваемости в некоторых культурах и повышения устойчивости других.

Например, Софен Камун, профессор лаборатории Sainsbury в Норидже, Англия, рассматривает способы удаления генов, делающих картофель и пшеницу уязвимыми для болезни, сообщает PhysOrg. Захари Липпман, генетик лаборатории Cold Spring Harbor в Нью-Йорке, использует CRISPR для повышения прочности стеблей томатов, чтобы они могли выдержать тяжелые плоды, сообщает Nature. И в Калифорнии несколько лабораторий пытаются использовать CRISPR для борьбы с цитрусовым озеленением, которое вызвана бактериями, распространяющимися насекомыми, которые летают среди растений в цитрусовой роще, сообщает Nature News.

Жизнеспособный человеческий эмбрион

Скорость, с которой исследования на основе CRISPR могут перейти от гипотезы к результату, поразительна. Эксперименты, которые занимали несколько месяцев, занимают недели, сказал Шелцер в интервью Live Science. Эта скорость вызвала определенные опасения со стороны разработчиков политики и заинтересованных сторон, особенно в том, что касается использования такой технологии для людей.

В феврале 2017 года ученые из Национальных академий наук, инженерии и медицины опубликовали оценку редактирования человеческого гена, заявив, что это приемлемо, но только при определенных условиях. Группа также сказала, что изменение клеток в эмбрионах, яйцах и сперме было этически допустимым, при условии, что это было сделано для исправления болезни или инвалидности, а не для улучшения физического облика или способностей человека, сообщает Science News.

Хотя ни один ученый из США не использовал CRISPR для модификации жизнеспособного человеческого эмбриона, группа, возглавляемая Jianqiao Liu из Гуанчжоуского медицинского университета в Китае, сообщила об этом на 1 марта 2017 года в журнале «Молекулярная генетика и геномика». Ученые использовали CRISPR-Cas9 для введения, а затем редактирования мутаций, вызывающих болезни, от человеческих эмбрионов. Исследование было сделано, чтобы показать, что генетическое редактирование может быть сделано на эмбриональной стадии. Эмбрионы не были имплантированы человеку.

Оставьте отзыв

Современные инструменты для комфортного лечения зубов
Современные инструменты для комфортного лечения зубов
Ортопедические матрасы Орматек
Ортопедические матрасы Орматек
Лечение раковых заболеваний в Израиле
Лечение раковых заболеваний в Израиле
Для эффективной комплексной терапии ВГС- индийский дженерик Хепсинат
Для эффективной комплексной терапии ВГС- индийский дженерик Хепсинат