Как подружить гены в клетках. Коктейль молодости, светящиеся котики, напечатанные органы и другие прелести науки - Ангелина Владимировна Потапова

подходит еще один фермент, и на основе присоединенной части ПргРНК строит новую последовательность, переписывая ген заново.

В итоге имеем две версии ДНК: старую и новую. Новую ферменты вшивают на место, а старая утилизируется. Но тут еще проблема: цепь с новой последовательностью не комплиментарна нерабочей, поэтому нужно провернуть еще раз такую операцию, но со второй цепью.

Успех такого редактирования составляет от 20 до 50 %, а частота ошибочных вставок около 10 %. У стандартного метода статистика хуже [23]. Но главное преимущество – универсальность метода: его можно применить и в случае потери последовательностей. В частности, удалось изменить гены при серповидноклеточной анемии и при болезни Тея-Сакса. Все же споры о широком применении такого метода еще не остановились и вызывают множество вопросов в ученых кругах.

А вот недавно исследователи смогли полностью удалить вирус иммунодефицита человека из организма мышей с человеческими Т-лимфоцитами с помощью препаратов и генного редактирования [24].

При ВИЧ вирусная частица поселяется в Т-лимфоците и не дает ему выполнять свою функцию – распознавать чужеродные агенты. Со временем организм вовсе перестает противостоять даже обычному ОРВИ. Лекарство, способное полностью удалить ВИЧ из организма, не существует: сегодня можно снизить его концентрацию в клетках человека до минимума и обеспечить полноценную жизнь на антиретровирусных препаратах.

Вирус не поражает клетки мышей, поэтому для начала ученые ввели им гемопоэтические клетки CD34+. После развития их в Т-лимфоциты специалисты ввели вирус. Через 14 дней мышам начали вводить антиретровирусные препараты LASER ART в наночастицах с липидной оболочкой, которая позволяет дольше поддерживать концентрацию препарата в крови. Были и другие группы: только с лечением препаратами и только с генной терапией, плюс контрольная группа безо всякого лечения. Во всех трех опытных группах концентрация вируса в крови снизилась, но лишь у группы с совместной терапией удалось полностью элиминировать вирус из организма. Хоть выборка мала и результаты применения методики далеки от 100 %-ного успеха, предпосылки обнадеживающие.

Для того чтобы определить влияние конкретного участка гена на проявления признака, необходимо либо внести в него мутацию, либо повлиять на активность этого гена. Можно изменить последовательность нуклеотидов при помощи системы CRISPR/Cas9. Однако эффективность не так высока, как хотелось бы. К тому же ген может быть настолько важен для организма, что необратимые изменения могут привести к серьезным последствиям для всего организма. А вот чтобы временно выключить фрагмент, можно использовать РНК-интерференцию (механизм уничтожения чужеродной двуцепочечной РНК). Она способна остановить работу гена на этапе транскрипции, влияя на матричную РНК (посредника между ДНК и новым белком). Но некоторые гены слишком активны, и такой способ также неэффективен.

Транскрипция – это перенос генетической информации с ДНК на РНК.

Есть белок Casl3a, который способен достаточно точно связываться с нужной молекулой РНК. Поэтому для новой системы взяли именно его [25]. CRISPR/Casl3 протестировали на клетках бактерий и растений. Чтобы эффективно использовать его у человека, ученые сделали так, чтобы белок синтезировался в эукариотических клетках, и добавили к нему последовательность, обеспечивающую доставку в ядро. После этого авторы проверили эффективность системы для снижения активности нескольких генов человека на фибробластах и клетках меланомы. Эффективность выключения составила от 30 до 85 %, что в среднем соответствовало эффективности контрольных проб для РНК-интерференции.

Но также при помощи Casl3 авторам работы удалось существенно снизить количество транскриптов для генов, которые с использованием РНК-интерференции подавить не удавалось. Преимуществом CRISPR/Casl3 перед интерференцией оказалась чувствительность связывания.

Однако станет ли метод популярнее своего предшественника, пока не понятно.

Человек с сердцем свиньи

Сегодня генная инженерия зашла настолько далеко, что 57-летнему пациенту с неизлечимой болезнью сердца сделали пересадку этого органа, который взяли у свиньи и генетически отредактировали! Такая манипуляция была последним шансом Дэвида Беннета на жизнь: он уже перенес несколько пересадок клапанов сердца, а пересадить сердце от человеческого донора по неуточненным причинам было невозможно. Случай небывалый: только в конце 2021 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США разрешило провести экстренную операцию, которая длилась восемь часов [26].

После операции Дэвид находился на искусственном кровообращении, что нормально для послеоперационного периода, но вскоре его отключили, так как новое сердце прекрасно выполняло свои функции. Врачи отметили, что не наблюдается признаков эндогенного ретровируса свиньи, что возможно при трансплантации органов не от человека.

Вообще, ксенотрансплантация известна еще с 60-х годов прошлого столетия. Тогда пересаживали почки шимпанзе нескольким людям, но реципиентам удавалось прожить не более девяти месяцев после операции. Также известны попытки пересадки сердца бабуина младенцу, родившемуся с дефектом этого органа. Но тогда, в 80-х годах, операция продлила жизнь ребенка всего на 20 дней. Считается, что если брать органы свиней в качестве донорских, то успех операции значительно повышается. В наши дни людям, страдающим диабетом, пересаживают клапаны сердца и клетки поджелудочной железы, которые берут у свиней.

Генетическая модификация ксенотрансплантатов нужна для того, чтобы снизить риск отторжения тканей. Сердце, которое пересадили Беннету, прошло 10 генетических модификаций: ученые отключили четыре гена, среди которых был ответственный за отторжение чужеродной ткани. А еще шесть генов, наоборот, добавили, что сделало орган более толерантным к иммунной системе Дэвида. Но надежды полностью не оправдались: пациент все равно умер спустя два месяца после операции, правда, до сих пор неясно из-за чего. Видимо, предстоит еще выяснить много нюансов, прежде чем технологию возьмут в оборот.

Большую пользу сельскому хозяйству может принести технология выведения потомства определенного пола. Биологи из Лондонского университета Френсиса Крика под руководством Джеймса Тернера опубликовали работу, в которой использовали генное редактирование с помощью методики CRISPR/Cas9, чтобы получить линию потомства мышей одного пола [27]. CRISPR/Cas9 использует специальный белок, нуклеазу, который в процессе деления ДНК может делать разрез цепочки в нужном месте, внося коррективы в гены и «направляющую» РНК, которая показывает, в каком месте сделать разрез. Мишенью для фермента выбрали ген топоизомеразы 1 (Тор 1), работа которого жизненно важна для клеточного деления: без него организм погибает внутриутробно. Для этого составляющие CRISPR-системы разделили по геномам родителей: ген нуклеазы вносили в Y-хромосому отца, а ген, кодирующий направляющую РНК, – в ДНК матери. По отдельности они не оказывают никакого эффекта, но, соединившись в одном организме, эти генетические редакторы не давали строиться ДНК по мужскому типу, и потомство получалось полностью из особей женского пола. При этом количественно потомства появилось больше на 30 %, чем без генной модификации. Скорее всего, произошло такое из-за того, что гибель зародышей одного пола позволила направить все ресурсы на развитие