Светлана Волкова - Просто геном

Сегодня учёным удалось полностью взять этот естественный процесс под свой контроль. Применяя мощные биотехнологические инструменты для работы с ДНК внутри живых клеток, учёные теперь могут манипулировать и рационально модифицировать генетический код, который определяет каждый вид на планете, включая наш собственный. А благодаря новейшему и, пожалуй, наиболее эффективному инструменту генной инженерии, CRISPR-Cas9 (для краткости будем называть его просто CRISPR), геном – состав ДНК организма, включая все его гены, – стал почти таким же легко редактируемым, как и простой текстовый документ на компьютере.

Например, если известен генетический код определенного признака, присущего конкретному живому организму, той или иной черты, характеризующей именно его, учёные могут использовать CRISPR-технологию для вставки, редактирования или удаления соответствующего гена в геноме практически любого растения или животного. Этот процесс намного проще и эффективнее, чем любая другая существующая на сегодняшний день технология манипуляции генами. Практически в одночасье мы оказались на пороге новой эры генной инженерии и биологического мастерства – революционной эры, в которой возможности ограничены только нашим коллективным воображением.

Царство животных было первым и в ту пору самым большим испытательным полигоном для нового инструмента редактирования генов. Например, учёные использовали CRISPR для создания генетически улучшенной версии гончих, создавая собак с чрезвычайно развитым мышечным телосложением путем внесения буквенных изменений ДНК в ген, который контролирует формирование мышечной массы. В другом случае, путем инактивации гена, который реагирует на гормон роста в геноме свиньи, исследователи создали микросвиней, – поросят размером не больше обычных кошек, что сделало возможным заводить их как забавных домашних питомцев. Учёные проделали нечто подобное и с кашемировыми горными козами, отредактировав геном животных с помощью CRISPR так, что козы вырастали, обладая большей мышечной массой (что позволяет получать от животных больше мяса), и более длинной шерстью (то есть с большим количеством кашемировых волокон). Генетики используют CRISPR даже для того, чтобы преобразовать ДНК азиатских слонов в нечто такое, что больше будет напоминать ДНК мамонта, с надеждой когда-нибудь возродить этого вымершего зверя.

Между тем, в растительном мире CRISPR широко используется для редактирования геномов сельскохозяйственных культур – учёные прокладывают путь к таким достижениям в сельском хозяйстве, которые могли бы значительно улучшить рацион питания людей и укрепить продовольственную безопасность в мире. Эксперименты по редактированию генов растений позволили получить устойчивый к болезням и поражениям рис; томаты, которые портятся медленнее, чем обычные; соевые бобы с более высоким содержанием полиненасыщенных жиров и картофель с пониженным содержанием потенциального нейротоксина. Специалисты в области пищевых продуктов достигают этих улучшений не с помощью трансгенных методов – введения ДНК одного вида в геном другого вида, – но путем точной генетической модернизации, включающей изменения только нескольких букв собственной ДНК организма.

Именно влияние редактирования генов на виды живых существ открывает как величайшую перспективу, так и, возможно, величайшую опасность для будущего человечества. Как это ни парадоксально, некоторые из преимуществ для здоровья человека могут быть достигнуты путём применения CRISPR к животным или даже насекомым. В недавнихэкспериментах CRISPR использовался для «очеловечевания» ДНК свиней, что давало исследователям надежду на то, что эти животные когда-нибудь станут донорами органов для людей. CRISPR также применяется к геномам новых штаммов комаров, что является частью плана по быстрому внедрению новых генетических особенностей в популяции диких комаров. Учёные надеются в конечном итоге искоренить болезни, переносимые комарами, такие как малярия и вирус Зика, известный своими неврологическими осложнениями, а возможно, и вовсе уничтожить самих переносящих болезни комаров, как вид.

Для лечения многих заболеваний, поражающих людей, CRISPR предлагает возможность редактировать и восстанавливать мутантные гены непосредственно в организмах пациентов, страдающих тем или иным заболеванием. Пока учёные видят лишь проблеск возможностей CRISPR, но то, что исследователям уже удалось обнаружить за последние несколько лет, поистине впечатляет. В клетках человека, выращенных в лабораторных условиях, эта новая технология редактирования генов использовалась для исправления мутаций, вызывающих такие заболевания, как муковисцидоз, серповидноклеточная анемия, некоторые формы слепоты, тяжелый комбинированный иммунодефицит, а также многих других расстройств. CRISPR позволяет учёным совершать открытия и огромные скачки в науке путём поиска, отслеживания и исправления неправильных состовляющих ДНК.

Также на сегодняшний день стало возможным проведение различных манипуляций и перестановок составляющих человеческого генома. Исследователям уже удалось исправить ошибки в ДНК, которые являются причиной мышечной дистрофии Дюшенна, – серьезного генетического заболевания, которое вызвано мутацией в гене дистрофина, путём удаления только поврежденной области мутированного гена, оставляя остальную его часть нетронутой. В случае с гемофилией исследователи применили CRISPR для точной перестройки букв ДНК, которые инвертированы в геномах пациентов. CRISPR может использоваться даже для лечения ВИЧ-инфекции и СПИДа, – этого можно достичь либо путем вырезания ДНК вируса из инфицированных клеток либо путем редактирования ДНК пациента таким образом, чтобы все его клетки полностью избежали заражения инфекцией.

Список возможностей редактирования генов с целью терапии и профилактики различных заболеваний можно продолжать долго. Поскольку CRISPR позволяет осуществлять точное и относительно простое редактирование ДНК, данная технология превратила каждую генетическую болезнь – по крайней мере, каждую болезнь, в основе которой лежит та или иная генетическая мутация, – в потенциально поддающуюся лечению мишень. Врачи уже начали лечить некоторые виды такой зловещей болезни, как раковая опухоль, иммунными клетками, в геномы которых добавлены отредактированные гены таким образом, чтобы они стали способны выследить раковые клетки. Несмотря на то что нам предстоит пройти ещё длинный путь, прежде чем использование технологии CRISPR станет панацеей для подавляющего большинства людей с различными заболеваниями и будет использоваться в терапевтических целях повсеместно, её потенциал очевиден. Редактирование генов обещает изменить наше будущее и даже даст возможность спасать человеческие жизни.