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

зародышей другого. Ген ТОР 1 имеется у всех животных, и в теории такую методику можно использовать для выведения однополых линий. Но удастся ли привнести новый метод в сельское хозяйство – большой вопрос этического характера, не все люди понимают безвредность ГМО-технологий.

Без отца

Партеногенез – это способность живого организма размножаться без участия второй особи, то есть из одной половой клетки, например яйцеклетки. Для млекопитающих такая способность не характерна. Этому мешает геномный импринтинг, в ходе которого сперматозоид и яйцеклетка навешивают на свою ДНК эпигенетические метки. В результате новый организм «получает» хромосомы с генами, часть из которых «работает» только с отцовской хромосомы, а часть – с материнской. Если в оплодотворении будет участвовать только материнская или только отцовская половая клетка, то организм рискует получить огромную часть неработающих генов и погибнуть. Ученые множество раз пытались разрешить этот вопрос и даже получили потомство от однополой пары мышей. Для этого отключались некоторые участки в геномах. Потомство от отца получилось нежизнеспособным, а от матери – вполне себе здоровым. Яньчань Вэй из шанхайского университета Цзяотун вместе с коллегами попробовал добиться настоящего партеногенеза, то есть вырастить мышь из одной-единственной зрелой яйцеклетки [28].

Для этого они вывели потомство гибридных мышей путем скрещивания мышей двух разных линий, у которых четко прослеживались генетические различия. Так сделали, потому что особи получили набор хромосом, которые явно отличаются между собой, и не стоит труда разобрать, где отцовская хромосома, а где материнская. У самок из гибридного потомства взяли незрелые яйцеклетки и изменили их генетический код: сняли те самые эпигенетические метки с помощью системы CRISPR/Cas9. Затем то же самое сделали с отцовскими хромосомами. В результате получилась имитация подготовки к оплодотворению. Далее клетки простимулировали к делению, получили зародышей, которых пересадили к самке. Но все эмбрионы погибли к 13-му дню. Почему? Исследователи предположили, что дело в материнских генах. Тогда с помощью другой системы CRISPR/Cpfl отредактировали чуть больше материнских генов и повторили то же самое. Выживаемость была очень низкой. При этом даже выжившие мышата умирали в течение суток. Ученые продолжали эксперимент, подбирая те условия, которые приведут к нужному результату.

ПРИМЕЧАНИЕ НАУЧНОГО РЕДАКТОРА

Любопытно, что одна из мышей, полученных путем партеногенеза, дала потомство. У этих мышат ученые исследовали экспрессию важного гена в головном мозге и пришли к выводу, что нарушений геномного импринтинга у них не было. Получается, даже хотя у их мамы отредактировали не все необходимые гены, это не помешало мышатам родиться здоровыми из-за того, что каждый раз при формировании новой жизни эпигенетические метки стираются и устанавливаются заново.

Наконец, с очередной попытки удалось получить двух мышат с нормальным весом и развитием, отредактировав еще несколько участков по отцовской линии. Это первый случай успешного партеногенеза на живых организмах. Правда, ученые отмечают очень низкую эффективность методики: чтобы получить двух здоровых мышей, пришлось подсаживать самкам сотни зародышей. Это связано с тем, что довольно трудно отредактировать все восемь участков в геноме: ошибка и неудача всего в одном случае ведут к провалу. К тому же ученые отмечают, что не все участки, которые нуждались в редактировании, были ими найдены.

Выключить алкоголизм

По всему миру проблема излечения от алкоголизма становится все более актуальной: время идет, а лекарство для 100 %-ного исцеления до сих пор не найдено. Ученые из США, Университета штата Иллинойс, открыли как применить особую технологию редактирования генов CRISPR-dCas9 для работы в этом направлении [29].

При развитии алкоголизма в возрасте от 11 до 17 лет уменьшается экспрессия гена ARC. Этот ген связан со способностью обучаться и запоминать новую информацию, а также за передачу РНК от нейрона к нейрону.

В одном из экспериментов участвовали лабораторные крысы, у которых были подобные изменения. С помощью редактирования конкретно этого гена крысам удалось вернуть свою трезвую жизнь. Результаты эксперимента все-таки довольно узки: он показал, что можно вылечить алкоголизм у той группы грызунов, зависимость которых пришлась на подростковый период. На людях такие эксперименты не проводились.

Теперь перейдем к братьям нашим меньшим. Домашние животные – следствие искусственного отбора, направленного на то, чтобы животное соответствовало нуждам хозяев. Популярное домашнее животное хомяк не всегда отличается кротким нравом и добродушием. По крайней мере, так считали ученые из США, которые решили подредактировать геном хомяка и сделать его более дружелюбным. Но получилось все наоборот [30].

С помощью технологии редактирования генома ученые собирались выключить ген, который связан с проявлением агрессивного поведения, путем подавления активирующих его рецепторов вазопрессина – гормона, связанного у людей с чрезмерной агрессией. Но все оказалось не так однозначно: подобная коррекция привела к еще большей агрессии и усилила инстинкты самозащиты. Что же, ученым пришлось признать, что психическая регуляция сложнее, чем предполагалось!

Выключить цвет

Изучать воздействие генной терапии в некоторых экспериментах требуется на стадии эмбриона. Но иногда невозможно внести белок – переносчик гена непосредственно в эмбрион. Например, насекомые развиваются в очень плотной оболочке. Однако недавно японские ученые нашли способ доставить CRISPR-коктейль в половые клетки (об этом подробнее в главе 6) [31]. Группа ученых придумала поместить переносчик опосредованно – в тело материнской особи. Там он проникает в половые клетки и наследуется потомством. Новый подход назвали DIPA-CRISPR, или прямой родительский CRISPR. С помощью такого подхода ученым удалось изменить цвет глаз у 22 % потомства рыжих тараканов и у 50 % потомства жуков-хрущаков. Похожие результаты получались и другими методами. Главное, что подход сработал!

Глава 5

Стволовые клетки

В 2018 году я защитила кандидатскую диссертацию. Ох, как нелегко мне дались аспирантские годы! О нелегкой жизни российских аспирантов я смогла бы написать отдельную книгу, это то еще приключение. Тем не менее мне очень нравилось то, чем я занималась. Ночи, проведенные в лаборатории с наушниками в ушах и образцами в руках… Вот такая у ученых медитация. При этом было ощущение, что я занимаюсь чем-то значимым.

Я переехала в Пущино, чтобы работать над диссертацией, мне дали общежитие. Следующие четыре года я жила с прекрасной соседкой и отвратительными тараканами, которые после очередной травли все равно захаживали в гости. Домашний ребенок, который боялся больше всего на свете переехать в другой город, наконец-то познал все прелести жизни: и страх, и ролтон, и компот. И другие закрутки, привезенные из дома.

Первые дни на работе впервые я смотрю, как