CRISPR. Технология, которая может вылечить наследственные заболевания, справиться с малярией и победить ВИЧ

Как открыли CRISPR и в чем его суть

Впервые о CRISPR написали японские ученые в 1987 году. Во время исследований бактерий E.Coli они обнаружили в их ДНК последовательности из повторяющихся триплетов. Узнать, зачем нужны эти последовательности ученым тогда не удалось. Но уже тогда появилось название — CRISPR (Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats) — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами.

Назначение CRISPR было неизвестно до 2007 года. Узнать это удалось на культуре кисломолочных бактерий, которые используют в промышленности. Если в чан с такими бактериями попадут вирусы-бактериофаги, то ферментация молока нарушится, а это огромные потери для производства. Чтобы решить эту проблему, в компании Danisco отобрали клоны бактерий, которые могут расти в присутствии бактериофагов. В будущем для производства они рекомендовали использовать именно этот штамм.

При исследовании генома этих бактерий ученые обнаружили, что их CRISPR-участки гена отличались от неустойчивых бактерий. В них встраивались элементы генетического материала вируса, что формировало иммунную систему бактерий.

Как CRISPR получил мировую известность

Долгое время открытие CRISPR мало волновало медиков и биологов — было не понятно, как его можно использовать на практике. Но в 2011 году Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье обнаружили, что Cas9-белок можно обмануть, скормив ему искусственную РНК. Если Cas9-белок найдет совпадение с искусственной РНК, то разрежет ее. При этом, не важно кому принадлежал генетический материал — вирусу, растению или человеку. Оказалось, что технологию можно использовать для редактирования любого гена.

Уже в 2013 году доказали, что CRISPR можно использовать для работы не только с РНК, но и с ДНК. При этом, ученые научились вырезать нужные участки генов и вставлять вместо них новые. Для этого нужно было только добавить ферменты, которые восстанавливают ДНК.

Для чего технология будет полезна

Предполагается, что CRISPR станет технологией, которая сильно изменит медицину и биологию в целом. Сейчас работы по внедрению CRISPR ведутся в 6 направлениях.

1. Вырастить более устойчивые, вкусные и безопасные культуры растений

CRISPR помогает генетически модифицировать продукты: сделать их более питательными, вкусными, устойчивыми к засухе и другим особенностям климата. Так некоторые сорта растений смогут расти на территориях, которые до этого не подходили им — из-за климата или естественных врагов.

CRISPR также можно применить для борьбы с аллергенами — например, вырезать из арахиса ген, который кодирует белок, вызывающий аллергию у людей.

2. Разработать новые препараты против вирусов и бактерий

Если CRISPR помогает бактериям защищаться от вирусов, то почему бы и человеку не использовать это свойство? Некоторые ученые уже работают над созданием новых противовирусных лекарств на основе CRISPR-технологии. В экспериментах на мышах метод уже подтвердил свою эффективность против ВИЧ.

В теории, CRISPR-технологию можно обратить и против бактерий. Cas9 все равно, какие гены разрезать — если этот белок найдет соответствие, то сможет уничтожить ДНК бактерий.

3. Положить конец генетическим заболеваниям

С помощью технологии ученые смогут вырезать гены, которые ответственны за многие генетические заболевания: рак молочной железы, серповидноклеточную анемию, хорею Хантингтона, муковисцидоз, подагру.

Прежде чем опробовать CRISPR на людях, ученым предстоит долгий путь из тестирования препаратов, испытаний на животных и клинических испытаний на людях. Пока неизвестно, какие побочные эффекты будут у технологии — пока что Cas9 иногда ошибается и редактирует ДНК в неправильных местах.

4. Точно узнать функции всех генов

В геноме многих организмов до сих пор есть участки, назначение которых неизвестно ученым. Если удалить их с помощью CRISPR, то можно узнать, какой именно признак кодируют разные места в ДНК.

5. Модифицировать целые виды животных

CRISPR может изменить не только отдельные гены. Потенциально технология способна повлиять на целый генофонд и ускорить генетический драйв в разных популяциях.

Любой организм передает потомству половину своих генов. Но с помощью CRISPR можно сделать так, чтобы потомство получало только нужные гены. Так признак быстрее распространится в пределах одного вида.

Например, можно сделать так, чтобы в популяции комаров рождались только самки — тогда со временем этот вид исчезнет. А можно привить им устойчивость к малярийному плазмодию — и тогда малярии придет конец. Естественно, что перед тем как глобально вторгаться в природу, нужно взвесить все риски. Не случится ли так, что попытка избавить человечество от малярии, сделает нам только хуже?

6. Создавать «дизайнерских» младенцев

Этот пункт пока вызывает больше всего противоречий. Конечно, пока речь не идет о том, чтобы заведомо задавать детям определенные характеристики вроде привлекательного телосложения или развитого интеллекта. Ученые нацелены на лечение наследственных заболеваний и защиту плода от инфекций. Например, китайские исследователи уже разрабатывают метод, который защитит эмбрион от инфицирования ВИЧ от матери.

Несомненно, CRISPR — перспективная технология, которая, возможно, избавит человечество от многих наследственных заболеваний, поможет с разработкой таргетированных антибиотиков и созданием более стойких культур растений. Однако пока называть CRISPR безопасным рано — многие ученые отмечают возникновение обширных нецелевых мутаций в опытах. Нужны дальнейшие исследования, чтобы технология вошла в обиход медиков и биологов.