Бактериальные ретроны. Ключ к реконструкции нашей ДНК

Примерно 6-10 лет назад область редактирования генома гудела от возможностей CRISPR. Это были генетические ножницы, помогающие как вырезать дефектные части из ДНК, так и дополнять спираль генами извне. Вот только применять CRISPR это как стрелять из снайперской винтовки через оживленную улицу. Пуля-то попадет в цель в любом случае, но очень высока вероятность, что она затронет невинных жертв. Поэтому бактериальные ретроны выглядят как потенциальная альтернатива редактирования генома. Или даже аугментации видов, чем биотех не шутит?

Мутанты не среди нас. Мы и есть мутанты

Да-да-да, все мы мутанты, и речь не только о виде Homo sapiens sapiens, как о плоде эволюции. Нам потребовалось примерно 4,5 миллиардов лет мутаций, и вот отдельные скопления триллионов клеток стали прямоходящими людьми с возведенной цивилизацией. Вот только эволюция не остановилась, а системно продолжает «происходить».

В контексте клеточных мутаций важно понимать один базовый принцип. Если проводить аналогию между делением клеток и ремонтом дома, то случайное пятно краски или погнутый карниз не были бы чем-то критичным. А вот дырявая крыша, окна без стекол и угарный газ из печи – это реальные угрозы.

Именно поэтому метод редактирования генома, разработанный Техасским университетом в Остине и основанный на исследованиях Гарвардского университета, вселяет новую надежду. Используя бактериальные ретроны, этот метод устраняет сразу ряды мутаций. Это гораздо эффективнее, чем предыдущие методы редактирования генов. Так как те успешно подавляли разовые мутации, но были бессильны против дополнительных мутаций, отличимых от первой.

Ретроны, бактерии и редактирование генома

Грубо говоря, ретроны – это бактериальные иммунные системы. Они помогают выживать колониям, уничтожая отдельные бактерии, заражённые вирусами. Ретронная терапия строится вокруг замены длинных участков опасных мутаций здоровыми фрагментами ДНК.

В статье, недавно опубликованной в журнале Nature Biotechnology, ведущий автор Джесси Д. Баффингтон, соавтор Илья Финкельштейн и коллеги подробно изложили принципы передовой технологии редактировании генов. Технология дает надежду людям, страдающим от многочисленных заболеваний, связанных с множественными генетическими мутациями.

Один из целевых недугов – болезнь Тея-Сакса, которая преимущественно поражает людей ашкеназского происхождения, разрушая нейроны головного и спинного мозга. Инфантильная форма болезни Тея-Сакса проявляется в возрасте от трёх до шести месяцев, нарушая контроль за крупной моторикой, затем прогрессирует до судорог, глухоты и паралича, а к пяти годам приводит к смерти.

Ещё одно мультимутационное заболевание — муковисцидоз. Муковисцидоз поражает около 162 000 человек во всём мире, и примерно половина из них умирает до достижения 39-летнего возраста.

Новый инструмент генетической терапии

Как заявил соавтор Финкельштейн в пресс-релизе UTA: «Мы хотим демократизировать генную терапию, создав готовые инструменты, которые могут вылечить большую группу пациентов за один укол», что влечет за собой снижение затрат на разработку и упрощение пути к клиническому одобрению, поскольку «с точки зрения регулирования, вам нужно одно одобрение FDA под один препарат».

Редактирование генов занимает лидирующие позиции в области медицинских вмешательств, уже применяемых в США для лечения различных видов рака, спинальной мышечной атрофии, редкой потери зрения, серповидноклеточной анемии, мышечной дистрофии, гемофилии, буллезного лейкоза (вызывающего истончение кожи и образование волдырей) и бета-талассемии (требующей частых переливаний эритроцитов).

Клинические испытания редактирования генов в настоящее время направлены на лечение заболеваний органов и кровеносных сосудов, а также различных инфекционных заболеваний. Как в свое время и пептиды использовались для лечения болезней, пока не стали неотъемлемым элементом спортивных соревнований.

От лечения заболеваний до усовершенствования организма

Прорывная ретронная терапия Баффингтона-Финкельштейна и их коллег – часть усилий по уменьшению страданий, снижению медицинских расходов за счет излечения, а не постоянного купирования болезней, а также увеличению продолжительности и качества жизни.

В будущем ретроны и другие технологии редактирования генов могут сделать больше, чем просто уменьшить и устранить страдания. Они могли бы фактически «перестраивать» наши «дома-тела», причем не просто наводя косметический ремонт, а пересобирая с самого фундамента.

Это подтверждают ранние эксперименты, о которых сообщалось газете Washington University Medicine. В ходе генетической терапии удалось нарастить значительную мышечную массу у мышей и «снизить тяжесть остеоартрита у мышей, даже если те прекращали тренировки», одновременно предотвратив ожирение, «даже когда мыши питались пищей с высоким содержанием жиров».

Конечно, программы «генетической реновации» еще даже не обсуждаются, но их зарождение уже видно. А обзорная площадка наступления дивного нового мира, в котором технологии сливаются с биологией и ведут к сингулярности – сообщество Neural Hack. Добро пожаловать!

Источник: habr.com