Идея самоусиливающегося редактирования генов заключается в том, чтобы заставить клетки передавать пакеты CRISPR-механизма своим соседям, усиливая эффект.
Иллюстрация комплекса редактирования генов CRISPR-Cas9 (розовый и фиолетовый цвета), связанного с ДНК (спиралью). Science Photo Library/Alamy
Представьте, что вместо того, чтобы доставлять листовки по отдельности в каждый дом, почтальону достаточно было бы просто передать одну волонтеру в каждом квартале, который затем сделал бы ксерокопию и раздал бы ее соседям. Таким образом, листовки попали бы в гораздо большее количество домов. Биологи надеются, что подобный подход позволит улучшить генную инженерию для лечения самых разных заболеваний.
Идея заключается в том, что каждая клетка организма, получившая первоначальную инъекцию, создаст множество копий механизма редактирования генов и передаст большинство из них своим соседям, усиливая эффект. Это означает, что изменения, корректирующие заболевание, могут быть внесены в ДНК большего числа клеток.
В ходе экспериментов на мышах Уэйн Нго из Калифорнийского университета в Беркли и его коллеги, в том числе пионер генного редактирования CRISPR Дженнифер Даудна, смогли утроить количество клеток печени, отредактированных с помощью этого подхода.
«По сути, мы даем указание первой клетке, получившей наши инструкции, создать небольшую липидную частицу, которая упаковывает [механизм CRISPR], так что эта первая клетка становится фабрикой, которая затем может отправлять эти маленькие пакеты другим клеткам», — говорит Нго.
Первый одобренный метод лечения серповидноклеточной анемии с помощью CRISPR предполагает удаление стволовых клеток крови у пациента и их редактирование вне организма с последующим возвращением в клетку. Однако это персонализированное лечение, поэтому оно чрезвычайно дорогое. В настоящее время проводится ряд клинических испытаний, в которых вместо этого используется прямое редактирование клеток в организме с помощью генного редактора, который будет эффективен для многих людей.
Главная проблема заключается в поиске способов доставки механизма CRISPR в достаточно большую долю определенных клеток организма. «Для лечения серповидноклеточной анемии нам необходимо отредактировать около 20 процентов стволовых клеток [крови]», — говорит Нго. «Достичь этих 20 процентов было очень и очень сложно».
Это означает, что если первоначальная доставка достигла лишь 10 процентов стволовых клеток крови, но ее можно было локально увеличить до 30 процентов, это могло бы стать решающим фактором между успехом и неудачей.
Для усиления вируса Нго обратился к белку, который помогает вирусу отпочковываться от клеток. После образования в клетке эти белки связываются как с клеточной мембраной, так и друг с другом, образуя небольшой мешочек, или везикулу, которая отделяется от одной клетки и может сливаться с другими.
Если эти вирусные белки физически связаны с белком CRISPR Cas9, осуществляющим генное редактирование, то белок Cas9 — и РНК, которая направляет его к цели, — будут упакованы в везикулы и перенесены в другие клетки.
Чтобы проверить эту идею, команда создала фрагмент ДНК, кодирующий белки вируса Cas9. Когда ДНК под давлением вводили в печень мышей, она проникала лишь в 4% клеток, но в целом генная модификация затронула 12% клеток.
Для лечения людей механизмы редактирования генов будут доставляться другими способами. Метод инъекции использовался лишь для подтверждения принципа действия. «Он не особенно эффективен, но показывает, что наша система действительно работает», — говорит Нго. «Тройное увеличение — это отличное начало. Я думаю, что это делает некоторые из наших существующих систем доставки достаточно эффективными для лечения некоторых заболеваний. Большее увеличение может быть еще лучше, поэтому мы активно изучаем стратегии для достижения этой цели».
Технология «мостового редактирования» может быть даже эффективнее в изменении ДНК, чем CRISPR.
Технология редактирования генов CRISPR произвела революцию в биологии, но теперь еще более мощная система, называемая мостовым редактированием, может позволить нам полностью изменить геномы.
Помимо повышения эффективности, расширенное редактирование генов также позволит использовать более низкие дозы, что сделает лечение более безопасным.
Биологи изучают эти методы образования везикул уже несколько десятилетий, говорит Гаэтан Бурджио из Австралийского национального университета в Канберре, но команда Нго, возможно, первой продемонстрировала их эффективность на животных для редактирования генов. Однако Бурджио отмечает, что исследователям предстоит еще много работы, чтобы подтвердить свои результаты. «Необходимо провести надлежащие контрольные работы и измерения, чтобы действительно подтвердить их утверждения», — говорит он.
Уже существуют экспериментальные самовоспроизводящиеся мРНК-вакцины, в которых мРНК, доставленные в клетки, кодируют механизмы, которые производят больше копий вакцинных мРНК. Идея состоит в том, чтобы сделать мРНК-вакцины более безопасными и дешевыми, поскольку потребуется меньшая доза. Однако в этом случае избыточные мРНК остаются внутри клеток, где они были произведены.
bioRxiv DOI: 10.64898/2026.01.13.699115
Источник: www.newscientist.com
