Светлана Волкова - Просто геном

Лентивирусы – род вирусов из семейства «ретро» с длинным инкубационным периодом, наиболее ярким примером которых является ВИЧ, также были обезврежены в лаборатории и превращены в эффективные средства внедрения нужной генетической информации. Их способности аналогичны AAV, но они могут к тому же постоянно расщеплять свой генетический материал в геном клеток, в которые вторгаются. Эта функция полезна для базовых исследований в лаборатории, а для терапии in vivo учёные могут отключать опцию расщепления.

Кроме того, существуют стратегии доставки генной информации in vivo, которые вообще не используют вирусы. Опираясь на достижения в области нанотехнологий, исследователи изучают возможность использования липидных наночастиц для внедрения CRISPR по всему организму. Устойчивые к разрушению и легкие в обращении, эти средства внедрения также обладают преимуществом высвобождения белка Cas9 и его направляющей РНК в организм пациента регулируемым образом. Вирусы (и их CRISPR-груз) могут сохраняться в клетках в течение длительного времени, что, как объясняют, может вызывать проблемы в процессе редактирования, но липидные наночастицы доставляют CRISPR так, что он действует быстрее, прежде чем его разрушают естественные заводы по переработке клеток.

Помимо того что CRISPR может найти путь к лечению некоторых генетических расстройств, существует ещё один способ революционизировать здоровье человека. Эта биотехнология также оказывает решающее влияние на изучение и лечение одной из самых страшных болезней, рака.

Рак вызывается мутациями ДНК, некоторые из которых передаются по наследству, а некоторые приобретаются в течение жизни. Поэтому может показаться очевидным, что редактирование генов может помочь лечить рак или даже предотвратить его, устраняя эти мутации до того, как у них появится шанс нанести необратимый вред. Но онкология – не та область, где CRISPR вносит самый большой вклад, – по крайней мере пока. Вместо того чтобы стать инструментом лечения рака, CRISPR расширяет наше понимание биологии рака, пытаясь улучшить подход к лечению, участвует в усовершенствовании терапии, которая использует собственную иммунную систему организма для борьбы с раком. В этом направлении CRISPR доказывает свою ценность в качестве другого оружия – одного из самых мощных в нашем растущем арсенале в вековой войне против этой грозной болезни.

Пожалуй, решения в области онкологии и новые способы исцеления от этого заболевания – вот чего ждут от CRISPR в медицине, как не что другое. Скорее всего, вы знаете кого-то, чья жизнь была затронута или оборвана этой болезнью. Пережить или наблюдать это заболевание – трагический опыт, вот почему многие учёные выдвинули на первый план проблему борьбы с таким сложным заболеванием. Хотя достижения в ранней диагностике и лечении рака значительно повысили показатели выживаемости за последние десятилетия, смертность по-прежнему является очень высокой.

Как мы знаем, мутации ДНК, связанные с раком, иногда передаются по наследству. Они также могут возникать спонтанно или вызываться употреблением канцерогенов. За последние десять лет был сделан значительный скачок к использованию секвенирования ДНК для классификации многих мутаций, которые отличают раковые клетки от здоровых. Если эти мутации идентифицировать, то лекарства могут быть разработаны таким образом, чтобы бороться с любыми ненормальными генами, вызывающими пролиферацию, т. е. разрастание злокачественных клеток.

Но есть проблема: у нас в распоряжении слишком много информации. Критические мутации, вызывающие рак, теряются в огромном море прочих мутаций, которые непосредственно не влияют на патологию заболевания. Фактически, одним из отличительных признаков рака является повышенная скорость, с которой мутации ДНК проникают в геном, что затрудняет идентификацию изменений, которые на самом деле играют наибольшую роль в возникновении опухолей.

До появления технологии CRISPR арсенал инструментов для изучения канцерогенных мутаций был довольно ограниченным: учёные могли обнаруживать и диагностировать мутации по результатам биопсии, взятой у пациента, а также изучать небольшое количество отдельных мутаций на мышиных моделях. Но теперь, когда у исследователей есть способ точно воспроизвести вызывающие рак мутации – по одной или по нескольку за раз – затрачивая на это гораздо меньше времени, чем требовалось ранее, и вкладывая гораздо меньше средств, исследование мутаций – причин заболеваемости раком – вышло на новый уровень. Вместо кропотливого выбора мутированных клеток (испытание с эффективностью один на миллион) или селекции нужных мышиных моделей на протяжении многих поколений, требующих не одного года, учёные могут использовать CRISPR для эффективного введения мутаций за один подход. Эта возможность позволяет учёным лучше понять точные генетические факторы, которые заставляют клетки перестать реагировать на сигналы, которые обычно регулируют их рост.

Способность нацеливаться на множество генов одновременно является одним из величайших атрибутов CRISPR. В отличие от технологий редактирования генов, которые предшествовали CRISPR, процесс создания CRISPR для поиска новой последовательности из двадцати букв в геноме достаточно прост для освоения старшеклассником. В настоящее время учёные объединяют информатику и редактирование генов, чтобы более эффективно исследовать глубины генома, охотясь за новыми генами, связанными с раком, не обладая информацией о них до начала поиска.

Технические детали сложны, но по сути этот окончательный подход к мультиплексированию позволяет исследователям редактировать и отключать каждый отдельный ген в геноме в ходе одного эксперимента. Дэвид Сабатини, профессор Массачусетского технологического института, открыл этот способ. Но вместо того, чтобы интересоваться, какие генные мутации вызвали рак, команда Сабатини хотела обнаружить генные мутации, которые останавливали развитие рака. Другими словами, учёные задались вопросом, существуют ли гены, от которых напрямую зависят раковые клетки и без которых они не могут жить. В ходе эксперимента команда Сабатини рассмотрела вопрос для четырех различных линий рака, связанных с кровью, и обнаружила целый ряд новых генов, которые, как обнаружилось, были необходимы для развития раковых клеток. Выявив новые генетические предрасположенности к лейкозам и лимфомам, эти эксперименты выявили многообещающие новые мишени для атаки химиотерапевтическими препаратами.

Последующие эксперименты, проведённые в других лабораториях, выявили слабые места других видов рака, среди которых колоректальный рак, рак шейки матки, меланома, рак яичников и глиобластома (особенно агрессивный рак мозга). Исследователи даже смогли выявить новые генетические факторы, которые дают раковым клеткам способность циркулировать в кровотоке и проникать в другие ткани – процесс, известный как метастазирование.