Геном больного муковисцидозом планируют отредактировать ученые Национальной академии наук. Один из этапов прорывной технологии они уже осуществили. Системное наследственное заболевание, обусловленное мутацией гена и характеризующееся поражением желез внешней секреции, тяжелыми нарушениями функций органов дыхания и желудочно-кишечного тракта, считается одним из самых распространенных в мире и лечению практически не поддается. Тем не менее представители нашей науки считают, что шанс у больных есть. О том, что даст возможность исправлять ДНК клеток, корреспондент «Р» узнавала у специалистов.
Редактирование генома — революционная технология.Разрез по спирали
Американки, у которых в роду умирали женщины от рака груди, шли на профилактическую операцию по удалению грудных желез. Проявится болезнь или нет — неясно, но на всякий случай подстраховаться стоит — такие рекомендации давали им медики. Панические настроения стали распространяться несколько лет назад после того, как ученые обнаружили аномалии генов BRCA-1 и BRCА-2, вызывающие онкологическое заболевание. Считается, что у носителей мутаций генов, приобретенных от родителей, при воздействии определенных факторов окружающей среды развивается патология.
Собственно говоря, чтобы исправить эту ошибку в гене или отрезать наследственный путь, по которому передаются генетические поломки, ученые сегодня предлагают редактировать аномальные клетки ДНК. Так, американцы уже разработали и внедряют в клиническую практику инновационную технологию терапии рака с помощью генно-модифицированных Т-лимфоцитов пациента, в ДНК которых включены химерные антигенные рецепторы (CAR-T) последнего поколения. Это самое дорогостоящее лечение онкозаболеваний в мире. Поэтому, как отметил на XXVI Годневских чтениях в Минске руководитель отдела трансгенеза и генной инженерии при медицинском факультете Университета Мюнстера Борис Скрябин, важно разрабатывать свои технологии редактирования геномов. Борис Владимирович обратил внимание на мировые достижения в лечении некоторых нейродегенеративных патологий с помощью генной инженерии:
— При желании можно модифицировать любой геном. Перспективы развития CRISPR/cas9 системы очень большие.
Это технология изменения генома, когда фермент разрезает спираль ДНК на определенном участке. Клетка начинает сама себя восстанавливать, внося изменения в последовательности. CRISPR-система позволяет выключить какой-то ген в ДНК или сделать точечную мутацию, чтобы прочитать ту последовательность, которую необходимо вставить.
«Это будет хороший рывок»
Муковисцидоз — генетическое заболевание, но, впрочем, достаточно распространенное. Им страдает 10–15 человек на тысячу. Патология характеризуется тяжелым поражением желез внешней секреции и тяжелыми нарушениями функций органов дыхания. В верхних дыхательных путях образуется вязкая мокрота. Она плохо продвигается, и функция дыхания сильно страдает. Дожив до 15–20 лет, такие пациенты умирают. Специалисты Института биофизики и клеточной инженерии НАН нашли такого пациента.
Игорь Волотовский.
— Ему 22 года, а он как 12-летний мальчик, — рассказывает заведующий лабораторией профессор Игорь Волотовский. — В клетках бронхиального эпителия есть специализированный транспортер. Это транспортно-белковая система, которая обеспечивает водный обмен между клеткой и окружением. И вот этот переносчик кодируется определенным геном. Если в нем есть мутация, все эти процессы нарушаются. И эти люди обречены. Мы хотим отредактировать геном. Взяли у него кожу, выделили фибробласты. Из фибробластов — ДНК. Определили, на каком уровне генома находится этот ген. Амплифицировали этот фрагмент. Сделали сиквенс. Посмотрели, есть ли там эта мутация. А теперь с помощью специальной системы редактирования генома можем в мутированной ДНК пытаться эту поломку устранить и восстановить нормально структуру этого гена.
Профессор Игорь Волотовский, впрочем, говорит и о проблемах:
— Редактирование генома — это прорыв. Мы начали этим заниматься, но соответствующего опыта у нас нет. Реактивы и оборудование требуют хорошей финансовой поддержки. Надеемся реализовать этот проект в рамках союзной программы.
По его словам, исправление поломанного гена, который вызывает муковисцидоз, лишь этап на пути решения глобальной задачи — изменения генома в половых клетках, что даст возможность оборвать наследственный путь передачи мутации.
— Мы хотим отработать эту систему на примере муковисцидоза, чтобы устранять более сложные проблемы. Например, у отца или матери есть генетический дефект и они не хотят, чтобы он передался ребенку. Можно взять ДНК матери и отца, отредактировать. Затем применить технологии ЭКО. Если союзная программа сработает, то это будет хороший рывок.
В 2017 году группа ученых выпустила исследование в журнале Science о том, что удалось запрограммировать молекулу CRISPR для поиска штаммов вирусов, таких как вирус Зика, в сыворотке крови, моче и слюне. В журнале Nature были опубликованы результаты работы, где говорилось об успешном удалении дефекта сердца у эмбриона, используя CRISPR. И вот 2 января 2018 года ученые объявили, что могут останавливать грибок, который угрожает в производстве шоколада. CRISPR использовался, чтобы сделать растения какао более устойчивыми к болезням. А 16 апреля 2018 года в журнале BioNews было опубликовано исследование, в котором ученые объявили о редактировании тысяч генов одновременно, используя CRISPR.
Корректировка ДНК даст надежду людям с редкими заболеваниями.У некоторых скандинавов наблюдается мутация, которая защищает их от ВИЧ. Специалисты задумываются: а почему бы не внести направленные мутации в соматические клетки уже больного человека, чтобы остановить распространение вируса по клеткам организма.
Cтруктура ДНК открыта в середине прошлого века. За редким исключением, она почти у всех организмов одинаковая. Внутри нее есть определенные правила: это двойная спираль, состоит из нуклеотидов, которые имеют определенную последовательность. Последовательность ДНК совпадает на 99,9 процента, и лишь небольшие точечные отличия делают ее индивидуальной у каждого человека. И редактирование генома — революционная технология, которая в корне меняет представление о том, что можно творить с генами, а что нет, считают ученые из НАН. При любом раскладе корректировка ДНК даст надежду на выздоровление людям с редкими заболеваниями.
