Генетические ножницы уже работают: как CRISPR изменит медицину

CRISPR называют одной из важнейших технологий XXI века: она позволяет ученым изменять участки ДНК быстрее и точнее, чем предыдущие методы. О том, как работает технология, какие заболевания она уже помогает лечить, почему ее называют прорывом и что еще беспокоит врачей, рассказал аспирант НИТУ «Сириус» Даниил Задорожный.

CRISPR/Cas9 — это технология, позволяющая находить определенный участок ДНК и изменять его. Ученые используют специальную систему из молекулы-проводника и белка Cas, которая способна разрезать» ДНК в нужном месте. После этого клетка сама исправляет повреждения, и исследователь может изменить работу гена и вылечить генетическое заболевание.

Система CRISPR не была создана в лаборатории, но наблюдалась у архей ибактерий — это естественная система защиты от вирусов. Бактерии хранят внутри себя часть вирусной ДНК и используют ее как «образец», чтобы быстро распознать угрозу в следующий раз, когда они атакуют.

Сколько хромосом у человека?

"До появления CRISPR/Cas9 целевая модификация генома опиралась на два неудобных инструмента. Первый — это микроинъекция ДНК в оплодотворенную яйцеклетку — метод, при котором ДНК вставляется в геном случайным образом, без контроля места вставки. Второй — программируемые нуклеазы на основе «цинковых пальцев» — участка белка, распознающего определенные участки ДНК. Недостаток этого метода в том, что распознавать каждый новый. Последовательности ДНК приходилось перепроектировать и синтезировать целый набор белков. Это долго и дорого».

Задорожный Даниил Витальевич Аспирант, младший научный сотрудник НИТУ «Сириус»

CRISPR/Cas9 заменил дорогостоящее распознавание белков на распознавание с помощью направляющей РНК – молекулы, которая сообщает, где изменить нуклеотидную последовательность. Система, первоначально описанная как адаптивный иммунитет бактерий, стала удобным способом регулярного редактирования генома. В 2012 году ученые показали, что эту систему можно перепрограммировать для редактирования ДНК в лаборатории.

С тех пор CRISPR стал инструментом генетических исследований, разработки лекарств и поиска методов лечения наследственных заболеваний.

CRISPR редактирует гены болезней

Большинство лекарств действуют на последствия заболевания: уменьшают боль или снимают воспаление. CRISPR предлагает другой подход — изменить сломанный ген, вызывающий заболевание.

Например, при наследственных заболеваниях одна ошибка в ДНК может нарушить выработку важного белка. Если ученым удастся исправить такую ​​ошибку или изменить работу поврежденного гена, у клеток появится шанс восстановить нормальную функцию.

Технология особенно перспективна при заболеваниях, причина которых хорошо известна: заболеваниях крови, некоторых наследственных заболеваниях сетчатки, некоторых заболеваниях мышц, а также некоторых направлениях клеточной терапии онкологических заболеваний.

Генетика леопардового геккона может подсказать, как лечить рак

Первый препарат CRISPR

"Наиболее развитой областью применения CRISPR-Cas-терапии являются моногенные заболевания крови, при которых редактирование затрагивает клетки, извлеченные из организма. Первым и пока единственным одобренным препаратом на основе CRISPR/Cas9 остается Casgevy, созданный в 2023 году компаниями Vertex и CRISPR Therapeutics для лечения серповидно-клеточной анемии. При этом заболевании измененный ген приводит к тому, что эритроциты принимают неправильную форму. Они хуже проходят через кровеносные сосуды и могут вызывать сильные приступы боли. и повреждение органов».

Касжеви работает следующим образом: кроветворные стволовые клетки берутся у пациента, редактируются с помощью CRISPR в лаборатории и возвращаются обратно. Измененные клетки начинают вырабатывать больше особого типа гемоглобина, что помогает уменьшить симптомы заболевания.

Новые версии CRISPR

Первая версия CRISPR-Cas9 работает как ножницы: она «разрезает» ДНК в определённом месте, но этот метод подходит не для всех задач.

Сегодня появились новые возможности технологии:

Базовое редактирование – позволяет заменить одну «букву» генетического кода без полного разрезания ДНК.

Прайм-редактирование — более точный вариант, позволяющий изменить небольшие участки генома.

Эти методы могутсделать редактирование более безопасным и расширить число заболеваний, которые можно лечить.

Проблема CRISPR

"Основной технический риск — это непреднамеренные изменения генома, когда Cas9 "разрезает" не те его части. Даже в точке предполагаемого разреза последствия не всегда предсказуемы. Такая ошибка может ничего не изменить, но теоретически она может нарушить работу других генов. Например, изменение области, связанной с контролем роста клеток, может увеличить риск опасных последствий".

Теперь один из главных вопросов: не только что изменить в гене, но и как поставить систему редактирования в нужное место.

Для этого изучаются различные методы:

вирусные векторы, которые могут переносить генетические инструменты в клетки;

наночастицы, защищающие молекулы и помогающие им проникнуть в организм;

новые белки Cas, которые могут работать более точно и компактно.

Успех этих исследований может сделать CRISPR пригодным не только для лечения конкретных заболеваний крови, но и для заболеваний многих органов.

Клеточное мясо, вертикальные фермы и ДНК-меню

Этические проблемы

"Что касается соматического редактирования, то есть изменений, которые действуют только в клетках конкретного пациента и не передаются потомству, позиция научного сообщества практически единодушна: при должном контроле безопасности это легальная форма терапии, принципиально не отличающаяся от других методов генной медицины. Совершенно иная ситуация обстоит с редактированием зародышевой линии, вмешательством в эмбрионы, яйцеклетки или сперматозоиды, результат которого будет передаваться по наследству всем последующим поколениям, без возможности дать согласие".

В 2018 году китайский ученый Хэ Цзянькуй сообщил о рождении детей после редактирования эмбрионов с помощью CRISPR. Научное сообщество резко раскритиковало этот эксперимент из-за вопросов безопасности и этики. Сегодня большинство экспертов считают редактирование наследственных изменений слишком рискованным для клинического использования.

Цена лечения

Препараты CRISPR пока доступны не всем пациентам из-за их высокой цены. Причина – сложное производство. Вам необходимо взять человеческие клетки, обработать их в лаборатории, проверить их качество и вернуть пациенту. Этот процесс требует дорогого оборудования и большого количества специалистов.

В будущем ученые надеются найти более простыеспособы доставки CRISPR непосредственно в организм. Это может снизить стоимость лечения и сделать технологию более доступной.

Главное о системе CRISPR-Cas9

CRISPR изменил представление о возможностях медицины: у ученых впервые появился инструмент, позволяющий целенаправленно изменять отдельные участки генома и таким образом влиять на причину заболеваний. Наряду с большими возможностями возникают большие вопросы: насколько точно работает технология, кто сможет получить лечение и где грань между лечением болезни и изменением генома человека.

Большинство методов CRISPR все еще на стадии клинических испытаний, и только один препарат одобрен к использованию.

Текст проверил Задорожный Даниил Витальевич, аспирант, младший научный сотрудник НИТУ «Сириус»

Важные исследования

Как работает система CRISPR-Cas?

CRISPR-медицина

История отредактированных близнецов

Новые возможности технологии редактирования генома

Подписывайтесь на в Максе! Мы останемся на связи, несмотря на блокировки и сбои.