Теперь мощный метод редактирования генома стал еще более точным. Исследователи усовершенствовали фермент Cas9, важнейший компонент системы
Исследователи используют систему CRISPR-Cas9 для внесения изменений в геном за счет удаления или редактирования дефектного (мутантного) гена. Эксперименты показали, что применение этого метода эффективно почти у каждого организма, включая человеческие эмбрионы.
Метод редактирования генома CRISPR-Cas9 основан на использовании фермента Cas9, который, в свою очередь, использует особую молекулу РНК-гид, которая направляет фермент к месту необходимого расщепления молекулы ДНК. Фермент Cas9 разрезает ДНК в нужном месте, что приводит к удалению короткого фрагмента ДНК и соединению концевых фрагментов с образованием новой последовательности.
Но данная технология не является идеальной: иногда фермент Cas9 создает нежелательные мутации. По мере того как метод CRISPR движется из лаборатории в клинику (с дебатами, посвященными вопросам использования метода на эмбрионах), исследователи совершили настоящий прорыв, позволяющий уменьшить частоту появления ошибок, возникающих при применении метода.
По словам Кита Жунга (Keith Joung), одного из авторов нового исследования, патолога из Главной Больницы Массачусетса в Бостоне (
По мнению некоторых исследователей, для системы CRISPR частота появления ошибок не должна быть равной нулю, чтобы метод был клинически полезным. «В какой-то момент каждый должен решить, когда специфичное является достаточно специфичным. Идея о разработке инструмента, который всегда действует только специфично, является утопией», – говорит Чарльз Герсбах (Charles Gersbach), биоинженер из Университета Дьюка в Дареме (
Безопасность на первом месте
Результаты предыдущего исследования показали, что применение более короткого РНК-гида, направляющего фермент Cas9, может уменьшить вероятность возникновения некоторых ошибок [2]. В декабре прошлого года специалист в области синтетический биологии Фенг Жанг (Feng Zhang) из Института Брода при Массачусетском Технологическом Институте (
При проведении последнего исследования Жунг и его коллеги попытались усовершенствовать другую область фермента Cas9, изменяя фрагмент белка, контактирующий с ДНК-мишенью. Исследовательская команда также использовала более чувствительный метод обнаружения ошибок.
Ученые протестировали новый высокоточный фермент SpCas9-HF1 с восемью различными РНК-гидами. Созданный фермент разрезает таргетную ДНК почти так же эффективно, как и его неизмененный вариант. Он совершил только одну ошибку с одной из РНК-гидов. Неизмененный фермент Cas9 совершил ошибки при работе с семью из восьми РНК-гидов.
Ошибки фермента Cas9 были в центре внимания при многих дискуссиях, посвященных редактированию генома, включая дебаты, посвященные использованию метода на человеческих эмбрионах. Однако, по мнению Джорджа Черча (George Church), генетика из Института Уайса в Бостоне (
По словам Герсбаха, хотя это исследование является очень важным, учитывая скорость, с которой система CRISPR-Cas9 движется в направлении к клиническому применению, необходимо дополнительно оценить ее безопасность, прежде чем она станет считаться безопасной для использования на человеке.
Стремление к совершенству
В декабре прошлого года Герсбах и его коллеги объявили, что они использовали систему CRISPR-Cas9 для редактирования генетических мутаций, которые вызывают
Однако, Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов США (
По словам Федора Урнова (Fyodor Urnov), научного сотрудника компании Sangamo BioSciences, чтобы разрешить проведение этого клинического испытания, регулирующие органы, помимо информации о нецелевом редактировании, хотели получить данные о безопасности, точнее, о том, насколько хорошо функционируют модифицированные клетки. Например, компания должна была продемонстрировать, что измененные Т-клетки иммунной системы ведут себя, как нормальные Т-клетки, или что отредактированные клетки печени продолжали работать, не проявляя признаков токсичности.
По мнению Урнова, это исследование представляет собой хороший задел для фермента Cas9. «Но, когда думаешь о применении метода геномного редактирования в клинике, ощущаешь, какая долгая дорога предстоит впереди», – комментирует Урнов.
По материалам NatureNews
Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2016.19114
Литература:
1. Kleinstiver, B. P. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature16526 (2015).
2. Yu, F. et al. Nature Biotechnol. 32, 279–284 (2014).
3. Slaymaker, I. M. et al. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.aad5227 (2015).
4. Nelson, C. E. et al. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.aad5143 (2015).