Shadow

Нас ожидает революция в области генной терапии

depositphotos_14998143_original-mini

Простой, точный и недорогой способ «разрезания» молекулы с целью внедрения в нее новых генов может навсегда изменить медицинскую генетику, превратив дорогостоящий, трудоемкий и редко применяемый метод замены дефектных генов в человеческих клетках в рутинную процедуру.

Разработанный в прошлом году учеными из Медицинского Института Говарда Хьюджеса (Howard Hughes Medical Institute, ) при Калифорнийском Университете в Беркли (University of California, Berkeley, ) и Лаборатории Молекулярных Инфекций Медицины Швеции (Laboratory for Molecular Infection Medicine Sweden, Швеция), новый метод в недавней обзорной статье в журнале Nature Biotechnology был назван «tour de force». Обзор был основан на данных, опубликованных исследовательской командой в статье в журнале Science 28 июня 2012 г., где ученые описали разработанный метод, позволяющий специфично «разрезать» молекулу ДНК у бактерий.

Результаты двух независимых исследований, опубликованные на прошлой неделе в журнале Science Express, свидетельствуют в пользу эффективности применения этого метода и для клеток человека.

«Возможность влиять на генетическую информацию крайне необходима для изучения и лечения множества заболеваний человека, – говорит Дженнифер Доудна (Jennifer Doudna), профессор молекулярной и клеточной биологии и химии, научный сотрудник Медицинского Института Говарда Хьюджеса при Калифорнийском Университете в Беркли, – Однако методы, позволяющие это делать, до сих пор были «камнем преткновения» как при проведении исследований, так и при разработке методов лечения больных».

По мнению Доудна, новый метод решит эту проблему, позволив ученым легко вносить изменения в клеток млекопитающих и, возможно, клеток других эукариот.

По мнению профессора в области генетики Джорджа Чёрча (George Church) из Гарвардской Медицинской Школы (Harvard Medical School, США), одного из авторов статьи в журнале Science Express, новый метод будет очень популярен среди специалистов. «Многие будут применять этот метод, поскольку он прост в исполнении и приблизительно в 100 раз быстрее других методов», – говорит он.

ЧИТАЙТЕ ТАК ЖЕ:  Найден способ избежать ранней смерти при мышечной дистрофии Дюшенна

«Метод прост в исполнении, а значимость его разработки можно сравнить с разработкой метода полимеразной цепной реакции (ПЦР)», – отмечает Дженнифер Доудна.

Внедрение ПЦР облегчило получение множества копий небольших фрагментов ДНК и навсегда изменило исследования в области биологии и медицинской генетики.

«Крылатые ракеты»

Недавно внимание научной общественности было обращено на два инновационных генетических метода, один из которых основан на использовании искусственно сконструированного цинк-фингерного белка (белка, содержащего так называемый домен «цинковые пальцы») (zinc-finger protein, ZPF), а другой – на применении ферментов-нуклеаз TALEN (transcription Activator-Like Effector Nuclease). Журнал Science magazine отметил разработку этих генетических методов в списке десяти главных научных прорывов 2012 г., дав им название «крылатые ракеты», поскольку их использование позволяет специалистам точно определить специфическую область генома и сделать специфичный разрез двойной спирали ДНК.

Ученые могут использовать эти методы для того, чтобы сделать два разреза с целью удаления определенного фрагмента ДНК и, если будет введен другой фрагмент ДНК, клетка «вставит» его в область разреза. Применение этой технологии позволяет, например, удалить у больного человека мутантный ген и заменить его нормальной копией. Результаты исследований специалистов из , биофармакологической компании, проводящей клинические исследования, свидетельствуют о том, что замещение специфического гена у ВИЧ-инфицированного пациента способно сделать его организм резистентным к СПИДу.

Основным недостатком методов, использующих протеазы «цинковые пальцы» или нуклеазы TALEN, является необходимость синтезировать новый ген достаточно большого размера. Синтезируемый ген должен кодировать специфический для каждого сайта ДНК, в который нужно внести изменения.

По словам Доудна, в новом методе применятся только один белок (фермент Cas9), которому для распознавания специфического сайта ДНК нужна короткая молекула для программирования его на распознавание сайта.

ЧИТАЙТЕ ТАК ЖЕ:  «Семьи СМА»: регистрация «Спинразы» не означает, что лечение стало доступным для пациентов

Джордж Чёрч сравнил эффективность применения нового метода, включающего использование фермента Cas9, и эффективность метода с применением TALEN для внедрения гена в клетку млекопитающего. Результаты исследования, опубликованные в журнале Science Express, показали, что новый метод в пять раз эффективнее.

По словам ученого, получить комплекс Cas9-РНК легче, чем белки TALEN. Кроме того, эти комплексы имеют меньший размер, что облегчает их введение в клетки и позволяет одновременно запрограммировать проведение сотен разрезов молекулы ДНК. Комплекс менее токсичен для клеток млекопитающих, по сравнению с другими химическими соединениями, используемыми в других методах. По мнению Чёрча, еще рано заявлять о полном превосходстве нового метода над методами, использующими протеазы «цинковые пальцы» или нуклеазы TALEN, однако предварительные результаты, полученные при применении нового метода, выглядят многообещающе.

Основываясь на работе иммунной системы бактерий

Доудна обнаружила фермент Cas9, исследуя иммунную систему бактерий, у которых в процессе эволюции возникли , способные разрезать ДНК, чтобы защитить клетки от атак вирусов. Эти бактерии разрезают вирусную ДНК и вставляют ее короткие фрагменты в собственную ДНК. Затем с этих фрагментов синтезируются молекулы РНК, способные присоединяться к нуклеиновой кислоте вируса и ингибировать ее транскрипцию.

Несколько лет назад профессор в области науки о Земле и планетах Джилл Бэнфилд (Jill Banfield) из Калифорнийского Университета в Беркли привлек внимание Доудна к необычной иммунной системе бактерий. Доудна начала изучать механизмы, позволяющие этим бактериям использовать молекулы рибонуклеиновой кислоты для подавления вирусной инфекции.

Доудна и ее исследовательская команда детально проработала механизм, который позволяет комплексу фермент-РНК разрезать молекулу ДНК: белок Cas9 соединяется с двумя короткими последовательностями РНК, после чего образованный комплекс в зависимости от последовательности РНК связывается со специфичной областью ДНК. Затем ученые упростили этот механизм, оставив только один фрагмент РНК. Результаты их предыдущего исследования, опубликованные в журнале Science, показали, что, используя новый метод, можно целенаправленно разрезать специфические области ДНК бактерий.

ЧИТАЙТЕ ТАК ЖЕ:  Эрика Тамбрини: Без рук и ног вышла замуж, родила двоих детей и построила успешную карьеру

По словам Доудна, преимущество предложенного метода геномной инженерии, по сравнению с другими методами, появившимися за последние несколько десятилетий, заключается в том, что в нем используется только один фермент. «Не нужно использовать другой фермент для каждого нового сайта, на который вы хотите воздействовать, вы просто должны перепрограммировать его с помощью другого транскрипта РНК, что легко спланировать и осуществить», – говорит Доудна.

Результаты трех новых исследований подтверждают эффективность применения разработанного метода у бактерий и клеток человека.

По мнению Доудна, основываясь на функционировании не до конца изученной иммунной системы бактерий, может быть создана технология, способная повлиять на работу клеток млекопитающих и других типов клеток животных и растений. «Это пример для подражания, демонстрирующий роль фундаментальной науки в совершении открытий, существенных для медицины», – говорит Доудна.

По материалам University of California – Berkeley

Литература:
1. martin Jinek, Alexandra East, Aaron Cheng, Enbo Ma, Jennifer A. Doudna. RNA-programmed genome editing in human cells. eLife, 2012; (accepted)
2. P. Mali, L. Yang, K. M. Esvelt, J. Aach, M. Guell, J. E. DiCarlo, J. E. Norville, G. M. Church. RNA-Guided Human Genome Engineering via Cas9. Science, 2013; DOI: 10.1126/science.1232033
3. L. Cong, F. A. Ran, D. Cox, S. Lin, R. Barretto, N. Habib, P. D. Hsu, X. Wu, W. Jiang, L. A. Marraffini, F. Zhang. Multiplex Genome Engineering Using CRISPR/Cas Systems. Science, 2013; DOI: 10.1126/science.1231143

Источник: http://cbio.ru/page/43/id/5179/

ТАНЦЫ НА КОЛЯСКАХ | БЕЛАРУСЬ


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *