МOСКВA, 25 oкт – РИA Нoвoсти. Гeнeтики из Гaрвaрдa и MIT сoздaли нeoбычную систeму рeдaктирoвaния гeнoмa, кoтoрaя пoзвoляeт прoизвoльнo мeнять oдин тип гeнeтичeскиx «букв» нa другoй и чинить мутaции в ДНК, нe рaзрывaя ee при этoм нa чaсти, гoвoрится в стaтьe, oпубликoвaннoй в журнaлe Nature.
«Мы сoздaли рeдaктoр «букв» ДНК, молекулярную машину, которая может очень гибко и бесповоротно менять структуру нуклеотидов и исправлять мутации в ДНК клеток. Подобная система позволяет нам ликвидировать «опечатки» в человеческом геноме, связанные с развитием определенных болезней», — заявил Дэвид Лиу (David Liu) из Гарвардского университета (США). © Fotolia / Dan RaceУченые из США впервые успешно «починили» ДНК в человеческом эмбрионе
За последние годы ученые создали или нашли в природе несколько десятков новых систем редактирования генома, которые позволяют с очень высокой точностью «вырезать» повреждённые сегменты ДНК и заменять их на правильные последовательности генетических «букв»-нуклеотидов.
Главным недостатком всех этих систем, как пишут ученые, являлось то, что CRISPR/Cas9 и его конкуренты позволяют редактировать и удалять или вставлять участки ДНК длиной в несколько десяток «букв». Подобный «блоковый» характер редактирования не мешает опытам по созданию новых трансгенных организмов, но он избыточен и даже вреден для медицинских целей – зачастую исправление того или иного гена требует точечного удаления или замены всего одной «буквы».
Кроме того, удаление мутаций при помощи CRISPR и прочих систем редактирования генома неизбежно приводит к тому, что вся цепочка ДНК разрывается и затем повторно соединяется, что в некоторых случаях может привести к появлению новых мутаций и к фатальным повреждениям генома, что заставит «редактируемые» клетки самоликвидироваться. © Fotolia / psdesign1Ученые научились редактировать ДНК человека с точностью в одну «букву»
Лиу и его коллеги уже несколько лет работают над решением всех этих проблем, используя принципиально иной подход к редактированию генома – они не пытаются «вырезать» мутацию и «вставить» правильный сегмент ДНК, а ищут способы превращения одного типа генетических букв в другой.
В прошлом году они сделали первый шаг к реализации этой задачи, создав набор синтетических ферментов, которые могут превращать цитозин в тимин, и аденин в гуанин. Для этого они склеили поврежденную версию белка Cas9, способную распознавать, но не вырезать «мутантную» ДНК, и особую последовательность аминокислот, меняющую структуру азотистых оснований в «буквах» ДНК.
© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина Так художник представил себе процесс превращения одних «букв» ДНК в другие© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина Так художник представил себе процесс превращения одних «букв» ДНК в другие
Обратную реакцию, в силу химических различий между аденином и гуанином, осуществить заметно сложнее – природных ферментов, осуществляющих подобную реакцию, просто не существует, или же они работают только с молекулами РНК и только внутри бактериальных клеток.
По этой причине ученым пришлось фактически с нуля разработать достаточно сложную и многоступенчатую реакцию и связанные с ней ферменты, в ходе которой аденин преобразовался в другой нуклеотид, инозин, и только после этого он превращался в гуанин. Затем клетка самостоятельно заменяла тимин на цитозин, обнаружив «опечатку» в спирали ДНК.
Работу этой системы редактирования «букв» ученые проверяли оригинальным образом – они вывели особый штамм «супербактерий», который был неуязвим к действию хлорамфеникола, антибиотика широкого спектра действия, и внесли одиночную опечатку в ген, отвечавший за эту способность, заменив одну пару «букв» Г и Ц на А и Т. © Fotolia / Dan RaceРоссийские ученые выяснили, почему мутации не погубили человечество
Вводя в такие клетки различные версии «редактора» нуклеотидов, ученые обрабатывали микробов антибиотиком и наблюдали за тем, погибнут они или нет. Если редактор сработал, то тогда микробы должны повторно стать неуязвимыми к действию хлорамфеникола, что сразу будет очевидно для любого человека, наблюдающего за микробами.
Подобный подход позволил биологам «вывести» такую версию «корректора» ДНК, точность работы которой составляет практически 100% — по подсчетам ученых, она внесла лишь небольшое число опечаток в гены человеческих раковых клеток, на которых впоследствии экспериментировали Лиу и его команда. © Fotolia / Dan RaceГенетики доказали, что умные люди обречены на вымирание
По словам генетика, его команда уже разработала несколько экспериментальных терапий, которые исправляют «опечатки», связанные с развитием серповидноклеточной анемии, и гемохроматозом, наследственной болезнью, приводящей к накоплению железа в тканях и органах человека. Как надеются ученые, их разработка поможет победить примерно 65% всех наследственных болезней, существующих сегодня.
