Fot. Getty Images
Naukowcy z Teksasu zaproponowali kluczowe doskonalenie słynnego systemu edycji genów CRISPR. Być może to zachęci wdrożenie technologii do praktyki klinicznej
Dziś główne nadziei na wybawienie ludzkości od chorób dziedzicznych wiążą się z metodą edycji genów, otwarty pod koniec pierwszej dekady XXI wieku. Naukowa nazwa tej techniki — CRISPR-cas9 — uczyli się pilnie naukowo-popularne dziennikarze z całego świata. Ale możliwe, że teraz będą musieli uczyć się na nowo. Badanie molekularnych biologów z uniwersytetu Teksańskiego daje poważne podstawy, by uważać, że lepiej mówić CRISPR-саѕ12а. Dokładniej mówiąc, naukowcy wykazały, że wymiana kluczowego elementu systemu — białka cas9 — z drugiej strony białko jest w stanie rozwiązać wiele problemów metody, nad rozwiązaniem których genu inżynierowie walczyli w ostatnich latach. A głównym z tych problemów — selektywność i dokładność.
Problem dokładności
Genom człowieka nie toleruje błędy typograficzne. Jeśli, poprawiając szkodliwą mutację, genetyka przypadkowo uszkodzą inne punkty chromosomy, szkody od tego będzie znacznie więcej, niż pożytku: mała nieścisłość może prowadzić do rozwoju raka. Tymczasem przy obecnym poziomie dokładności ryzyko takiego rozwoju wydarzeń niedopuszczalnie wysoki. Kilka lat temu cały świat zaszokowała wiadomość o tym, że chińskie genetyki po raz pierwszy poddano edycji genomu ludzkiego embrionalna linii. Opinie naukowej społeczności są podzielone: jedni z zadowoleniem bezprecedensowy naukowy przełom, inne ostrzegały od potencjalnych konfliktów etycznych. Jednak główny wniosek, dla którego Juan Цзюньцзю i jego koledzy pisali swoją pracę, leżał z dala od tych różnic, ich doświadczenia wykazały, jak bardzo niedokładnie i jest nieskuteczne działa klasyczna metoda CRISPR-cas9.
Zamiast naprawić mutacji beta-глобинового genu (tej, co prowadzi do ciężkie obrażenia konflikt z rodziną i dziedziczny choroba beta-talasemia), enzym w wielu komórkach po prostu zepsute beta-глобиновый gen, przepisując go na wzór innego, podobnego — delta-глобинового. W części komórek system nie działa w ogóle, i praktycznie wszędzie ona wniosła w genom wiele niepożądanych mutacji. Tak, że jeśli praca дерзновенных chińskich genetyków coś i demonstrował, to to, jak daleko naukowcy wciąż znajdują się od dokładnego i bezpiecznego stosowania tej technologii.
Białko cas9 wykonuje swoją pracę, czasami zbyt gorliwie, a czasem od niechcenia. To prowadzi do wielu błędów.
Urządzenie systemu CRISPR-cas9 zaszyfrowana w jej tytule. Pierwsza część oznacza “zgrupowane regularnie na przemian krótkie палиндромные powtórki”. Ten dziwny obiekt został znaleziony w genomie bakterii w końcu XX wieku. On okazał się być niczym innym, jak w katalogu wszelkiego rodzaju wirusów, z którymi przodków bakterie musiał stanąć w ich życiu. Kiedy bakteria dostaje się wirusowe chromosom, bakterie mają szansę szybko nagrać sobie dla pamięci charakterystyczną sekwencję liter-podstaw identyfikujących wirusa. Tak więc przy następnym spotkaniu ona może łatwo go rozpoznać.
Ale dowiedzieć się niewystarczające, trzeba zniszczyć. Tu w sprawę wchodzi druga część systemu — białka cas. To właśnie one niosą ze sobą próbki wirusów sekwencje, które wykorzystują jako wzornik: jeśli stanie im nukleinowy kwas zgodnego z podpisem, oni są natychmiast wprowadzane do niej nacięcie i niszczą. Ta właściwość i używał systemu CRISPR-cas9. Znajdując się w ludzkim genomu mutacji według zadanego szablonu, białko cas9 rozcina chromosom w tym miejscu. Jeśli jednocześnie wpisać w komórkę “właściwe” kopie genu, ona sama заделает podział według nowego wzoru, a błąd zostanie naprawiony. Niestety, w praktyce białko cas9 wykonuje swoją pracę, czasami zbyt gorliwie, a czasem od niechcenia. To prowadzi do wielu błędów.
Rozwiązanie problemu
Rick Russell, Mieczysława Finkelstein i ich koledzy postanowił wymienić słabe ogniwo systemu — białko cas9 — na coś bardziej odpowiedniego. Odpowiednim kandydatem okazał się inny składnik tej samej bakteryjnej systemu — białko cas12a. To sprawia, że tę samą pracę, ale podchodzi do niej na swój sposób.
Jeśli “rzep” źle zadzwoniłam do niego, zawsze można rozpiąć i powtórzyć operację — z klejem taka sztuczka się nie uda.
Rick Russell oferuje następujące porównanie: cas9 ze swoim рибонуклеиновым wzornika przykleja się do DNA docelowe, jak klej. Wystarczy mu pokrywają zaledwie kilku liter-podstaw, aby zidentyfikować cel i przystąpić do jej zniszczenia (wprowadzenie przekroju). Dlatego jest tak wrażliwy na losowe częściowych wyników, które można spotkać w tych miejscach genomu, zmieniać które nie było w planach, naukowców.
Nie taki białko cas12: jego połączenie z DNA raczej przypomina taśmę z rzepem. Każda z mikroskopijnych kosmków-haki (w tym przypadku “liter” DNA) może zapewnić bardzo słabe połączenie i dopiero wszystkie one razem tworzą niezawodny kontakt. Ponadto, jeśli “rzep” źle zadzwoniłam do niego, zawsze można rozpiąć i powtórzyć operację — z klejem taka sztuczka się nie uda. Dlatego cas12a znacznie lepiej odróżnia sekwencja cel (gdzie zbieżność liter pełna) od przypadkowych miejsc genomu (gdzie najprawdopodobniej jakieś litery nie “склеятся”). Może kilka razy “rozpiąć” i “zapiąć” DNA, zanim upewnić się, że znalazłeś właściwe miejsce dla swojego ataku. To białko nie przystępuje do разрезанию chromosomy, nie sprawdzając dopasowanie osiemnastu liter. Jego kolega cas9 ogranicza się do zaledwie siedmioma-ośmioma.
Obecnie grupa Ricka Russella kontynuuje pracę nad tym, aby sztucznie modyfikować cas12a, czyniąc go jeszcze dokładniej. Całkiem możliwe, że właśnie na tej drodze, genetyków czeka na sukces w sprawie przekształcenia technologii CRISPR w niezawodnie działający narzędzie klinicznej, genetyki medycznej.