CRISPR: ножницы для ДНК

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Про систему CRISPR заговорили три года назад, почти сразу же после ее открытия. Ее окрестили «ножницами для ДНК» и приписали ей статус едва ли не главной биомедицинской технологии будущего.

CRISPR —  сокращение от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. Эта длинная фраза переводится на русский как «скопление разделенных регулярными промежутками коротких симметричных повторов». Под повторами имеются в виду короткие повторяющиеся участки ДНК, а под регулярными промежутками — уникальные последовательности нуклеотидов.

Сама идея таких «ножниц» появилась еще 40 лет назад, когда были открыты ферменты-рестриктазы. Собственно, с этого началась эпоха генной инженерии. Эти ферменты есть во всех клетках, с их помощью бактерия убивает своих врагов – бактериофагов. Рестриктазы узнают последовательность нуклеотидов (это составные части ДНК), характерную только для генов этого вируса, и разрезают его ДНК, причем в определенном месте. Их используют в генной инженерии, причем все манипуляции с ДНК проводят in vitro, то есть в пробирке, а уже затем вводят эту ДНК в клетку.

CRISPR — хорошая альтернатива рестриктазам. Это тоже иммунная система бактерий. Главная часть конструкции — «кассеты» из отрезков ДНК уничтоженных бактериофагов. Бактерии не избавляются от останков своих врагов, а включают их в собственный геном в качестве трофея. Это позволяет в дальнейшем быстрее узнать фаг, если он снова попадет в клетку. Помимо этих «кассет», в систему «ножниц» входят белок Cas9, фермент CasE и особый вид РНК – crРНК. По принципу действия новые «ножницы» похожи на старые. Но с одним очень важным отличием. «Резать» ДНК теперь можно непосредственно в живой клетке в заранее заданном месте.  И это неимоверно воодушевило весь научный мир и открыло космические перспективы в генной инженерии. Ведь теперь действительно можно редактировать ДНК – вырезать «плохие» гены и вставлять «хорошие»! 

ЧЕМ ПОМОЖЕТ CRISPR

• Защитит от вирусов. Изначально бактерии используют систему CRISPR, чтобы не допустить заражения вирусами. Для той же самой цели ее можно использовать и в организме человека. CRISPR распознает нежелательные вирусы, разрежет их генетический материал, и пациент не заболеет.
• Защитит от бактерий. Хотя CRISPR — это часть иммунной системы бактерий, ее можно обойти и таким образом побороться с микробами. На каждый вид бактерий найдется свой вирус-бактериофаг, и его можно использовать в терапевтических целях. Для того, чтобы бактериофаг гарантированно подействовал, нужно, чтобы его не распознала система CRISPR. Для этого бактериофаг должен включить CRISPR в свою собственную ДНК. Изменить геном вируса достаточно просто, поэтому уже скоро с помощью CRISPR можно будет сконструировать «суперфаги», эффективные против конкретных бактериальных инфекций человека.
• Даст больше информации о функциях генов. Можно настроить CRISPR так, что система будет вырезать, или «выключать» ген целиком. Когда ген перестанет экспрессироваться (запускать производство определенных РНК и белков) в клетках, можно будет узнать, за что данный ген отвечал. Этот способ уже помог определить точные функции множества генов, имеющих отношение к развитию рака.
• Вырежет «неправильные» гены. Наследственные заболевания можно лечить, удаляя поврежденные участки генов или заменяя их на «правильные». Участки ДНК можно будет вырезать и переставлять либо убирать совсем. Единственный минус: пока практических работ с использованием CRISPR на живом человеке не проводили, систему испытали только на культурах клеток. Зато 1,5 года назад в журнале Nature появилось сообщение о том, что родились две обезьянки, чья ДНК была модифицирована CRISPR. Конечно, изменению подверглись не все гены, а только два из них: один связан с иммунитетом, а другой — с увеличением жировой прослойки. Макаки живы-здоровы, а это дает надежду, что и для нас метод сработает.