In vivo редактирование генома с использованием Staphylococcus aureus Cas9
In vivo genome editing using Staphylococcus aureus Cas9. F. Ann Ran, Le Cong,Winston X. Yan, et al. Nature. 2015. Vol. 520. No 7546. P. 186–191.
Технология точного редактирования генов (CRISPR) позволяет исправлять генетические дефекты в организме и лечить неизлечимые заболевания. Несмотря на все преимущества системы CRISPR, главным из которых является высокая точность в вопросе редактирования генов, генно-редактирующий комплекс из фермента Cas9 и молекул РНК, который направляет CRISPR к своей цели, слишком велик для транспортировки в большинство клеток человеческого организма. Авторы исследования обнаружили у болезнетворных бактерий Staphylococcus aureus фермент Cas9, кодируемый геном, размеры которого составляют всего три четверти от того, который используется на сегодняшний день. Данное открытие может привести к созданию новых методов лечения целого ряда генетических заболеваний. От стандартных методик генного редактирования система CRISPR отличается тем, что она направлена на редактирование генов в нерепродуктивных клетках взрослого организма, а не эмбриона. Поэтому сделанные с помощью такой процедуры изменения не будут переданы последующим поколениям, а сама технология не сможет использоваться для создания так называемых дизайнерских детей. А это очень важно, учитывая беспокойство экспертов по поводу этических вопросов редактирования генома человека. Но, если с точки зрения этики система CRISPR более прогрессивна, то технологическая сложность ее исполнения выше. Эмбрионы состоят из небольшого числа клеток, из которых впоследствии формируется зрелый организм. Редактирование генома эмбриона заключается в простом введении необходимых компонентов в несколько клеток. Тело взрослого человека состоит из триллионов клеток, составляющих различные ткани. Проблема заключается в том, что направить целевые компоненты CRISPR в специфические клетки, где присутствуют дефектные гены, весьма непросто. Если бы даже существовала эффективная и безопасная система редактирования генома, она была бы абсолютно бесполезна без соответствующего способа доставки ее компонентов к определенному типу клеток. Для доставки правильно функционирующих генов в ДНК клеток зрелого человека часто используется аденоассоциированный вирус (AAV). В качестве редактирующего инструмента большинство лабораторий используют ген, кодирующий фермент Cas9, который слишком велик, чтобы уместиться в небольшом геноме вируса AAV вместе с дополнительными последовательностями, необходимыми для функционирования Cas9. В природе система CRISPR используется бактериями и археями для редактирования собственного генома. Авторы проанализировали гены, кодирующие более 600 ферментов Cas9 у нескольких сотен бактерий, пытаясь найти уменьшенную версию гена для того, чтобы поместить его в геном вируса AAV. Оказалось, что ген Cas9 у золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) на 1000 элементов ДНК меньше, чем тот, что обычно используется в современных экспериментах. Ген Cas9 золотистого стафилококка вживили в вирус AAV вместе с РНК, которая должна была спровоцировать Cas9 изменить экспрессию холестерин-регулирующего гена в печени. Модифицированный вирус вводили мышам на протяжении недели. Проведенные после этого анализы показали, что более 40% клеток печени мышей содержали новые гены. Теперь предстоит выявить все возможные недостатки методики и понять, можно ли их устранить.
В.В. Стрекопытов