Світлана Хороненкова
Необхідно знати
У 87% архей і 48% всіх бактерій в ДНК знаходяться множинні ідентичні повтори, розділені неідентичних унікальними ділянками (спейсерами). Вони названі CRISPR - Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, т. Е. «Згруповані регуляторні розділені проміжками короткі паліндромний повтори». Функція цієї системи - адаптивний прокариотический імунітет для захисту від вірусів і плазмід, вона дуже схожа на еукаріотичну систему РНК-інтерференції. CRISPR-система розташовується на хромосомі і складається з геномних касет для запису (або вже із записом при повторній зустрічі) інформації про ворожий агента і Cas-білків, що забезпечують молекулярний механізм імунітету. У такій структурі присутні повтори, спейсери і лідерних послідовність довжиною близько 400 пар нуклеотидів (вона не кодує білки, але задає напрямок транскрипції). При зустрічі з ворогом з його генома вирізується ділянка і вбудовується в CRISPR-касету у вигляді спейсера, потім касета експресується (служить матрицею для синтезу первинного РНК-попередника), одночасно синтезуються Cas-білки, об'єднуючись в комплекс. Цей комплекс розрізає довгий РНК-попередник на короткі CRISPR-РНК, що включають один спейсер кожна, які потім зв'язуються з комплексом Cas. Такий Cas-CRISPR-РНК-комплекс і починає імунну відповідь: він прикріплюється до вірусної ДНК точно в місці, відповідному збереженому у вигляді спейсера фрагменту, і розрізає її за допомогою одного з білків групи Cas, знищуючи вірус.
Створена на основі природного штучна генетична конструкція, яка використовується вченими для редагування геномів, спрощена. Вона включає два принципово важливі елементи: один з них кодує направляючу РНК (структурами, дізнавшись ДНК, тут є короткі РНК на відміну від химерних нуклеаз), тоді як інший кодує ген самої нуклеази. Єдина напрямна РНК складається з трансактівірующей РНК (tracrРНК), яка взаємодіє з нуклеазами, і короткою CRISPR-РНК (crРНК), яка розпізнає цільову ділянку ДНК (в найбільш сучасному варіанті tracrРНК і crРНК пов'язані з'єднує петлею). Як нуклеази найбільш активно використовується фермент Cas9. Після доставки такої конструкції в клітку напрямна РНК-послідовність розпізнає геномної локус-мішень і комплементарно зв'язується з ним, а Cas9 розрізає ДНК в потрібному місці (див. Схему 1).
Несподівано!
Система CRISPR-редагування може бути застосована в мутагенної ланцюгової реакції, т. Е. Таким чином можливо вносити зміни в геноми цілих популяцій. Для цього після прицільного розрізання ділянки геному системою треба провести репарацію ДНК шляхом гомологічної рекомбінації з використанням послідовності-вставки, доставленої в клітку в складі CRISPR -плазміди. Після вставки нової послідовності в першому раунді система зробить дволанцюжкові розріз ДНК у відповідному аллельном, і при повторному раунді гомологичной рекомбінації вихідна клітина перейде з гетерозиготного стану (один модифікований аллель) в гомозиготное (обидва алелі модифіковані), що означатиме повне успадкування нововведеній генетичної інформації з використанням системи CRISPR-Cas. Для біотехнології виведення популяцій з запрограмованими властивостями, до того ж швидке і економічне, - справжня революція.
Експерименти - тільки наукові
У бюлетені про «Оцінці міжнародної загрози безпеки» США редагування генома включено в один ряд з іншими знаряддями масового знищення - ядерними ракетами, хімічною зброєю. Експерименти над людськими ембріонами законодавчо заборонені (вірніше, дозволені лише для фундаментальних наукових досліджень, але не в медичній практиці). На сьогодні досліди широко проводяться в двох країнах - Великобританії і Китаї. В Англії, наприклад, «відредаговані» ембріони не можна доводити до стану плода, їх також заборонено поміщати в організм жінок. Яйцеклітини і сперматозоїди для дослідів будуть братися у пари після проходження процедури ЕКО. Модифікуючи ембріони людини, дослідники мають намір виявити гени, які найбільш активно діють в перші дні життя плода, коли ембріон формує клітини - основу майбутньої плаценти. Ці гени будуть включати і відключати при використанні CRISPR-Cas9, що допоможе вирішити проблему викиднів. У Китаї генетикам вперше в історії вдалося видозмінити геном ембріона людини. Для роботи була задіяна CRISPR-Cas9, за допомогою якої з ДНК був видалений мутантний ген HBB, що є причиною бета-таласемії, важкого генетичного захворювання крові, що викликає масу вкрай неприємних наслідків: деформацію черепа і кісток, розумову відсталість.
мінуси
Однак світова спільнота вважає, що редагувати гени ембріонів небезпечно, так як вони передають змінену ДНК наступним поколінням, і непомітні на перший погляд наслідки, накопичуючись, в майбутньому можуть завдати непоправної шкоди еволюції людства - генетичної і культурної. Крім цього ефективна система модифікації генів може виявитися в руках тих, хто має намір використовувати її у військових цілях або для створення людської «еліти» (повернення до євгеніки).
Світлана ХОРОНЕНКОВА, кандидат хімічних наук
PDF-версія:
Методична кухня: технології, сценарії, ідеї