Исследователи Стэндфарского университета совершили новый прорыв в редактировании генов, разработав метод CRISPR, позволяющий перемещать гены в конкретные места в ядре клетки.  Теперь изменения в ДНК человеческого эмбриона можно оправдать, если их внесение преследует интересы ребенка.

Генетическая инженерия — это область, которая теоретически существует уже много десятилетий, но во многих отношениях эта область по-прежнему считается новой границей для большинства ученых. Это связано с тем, что этические дилеммы, которые он вызывает, и неудачи на ранних этапах человеческой деятельности на высоком уровне в течение многих лет вели серьезные генетические исследования в задних комнатах академических учреждений и воображении авторов научной фантастики.

К счастью, все это начинает меняться благодаря новой технике генетического редактирования, о которой вы, возможно, слышали … CRISPR .

CRISPR (или «техника CRISPR / Cas9») меняет правила игры. Это одна из самых больших научных историй за последнее десятилетие и, вероятно, также станет самой большой наукой в ​​следующем десятилетии. Это позволяет ученым быстро и дешево редактировать геном живых организмов и с невероятной скоростью.

Это может помочь в лечении болезней, прекращении голода в мире или даже принятие следующего шага в эволюции человека . Возможности безграничны. Но обнадёживаться пока рано, так как CRISPR по-прежнему является относительно новой технологией, и все еще предстоит провести много исследований и доработок до того, как начать тестирование человека in vivo .

Недавно был разработан новый вариант метода CRISPR под названием CRIPR-GO («GO» означает «Организация генома»), который начинает решать некоторые проблемы его предшественника и может содержать ключ к разблокировке уровня генетического кода которая в течение многих лет ускользает от ученых.

Что такое CRISPR и CRISPR-GO … В целом.

На самом базовом уровне система CRISPR / Cas9 использует своего рода генетическую «иммунную систему», в которой есть множество бактерий. Когда вы изолированы, вы можете прокормить образцы ДНК или последовательности РНК, которые вы хотите, чтобы они были нацелены, а затем, когда она попадает в клетку, молекула CRISPR будет выборочно искать и вырезать только последовательности, которые соответствуют тому, который вы ее накормили.

Это отлично работает на вырезание нежелательных генов, но вы также можете использовать эту систему в сочетании с восстанавливающими ферментами для INSERT рабочей, версии этого гена или даже чего-то совершенно нового. В основном причина, по которой CRISPR была и настолько революционна, заключается в том, что она делает редактирование генов невероятно дешевым и легким.

То, что потребовалось бы команде или исследователям за тысячи долларов и месяцев для выполнения, теперь можно сделать за полдня примерно за 75 долларов . Но есть еще серьезные проблемы с безопасностью техники. Хотя он очень точен, он не идеален, а порезы или вставки в неправильном месте в геноме человека значительно увеличивают вероятность того, что человек заболеет раком.

Более того, существует этический вопрос о том, законны ли постоянные изменения генома человека, которые влияют на зародышевые клетки (AKA — клетки, которые несут генетическую информацию ваших детей).

CRISPR-GO делает первый шаг в решении некоторых из этих проблем.

Разработанный исследователями из Стэнфордского университета, уникальность CRISPR-GO заключается в том, что он использует модифицированный белок CRISPR для реорганизации генома в трех измерениях. Если CRISPR подобен молекулярным ножницам, то CRISPR-GO похож на молекулярный пинцет, захватывая определенные фрагменты генома и выкладывая их в новых местах ядра. Но это больше, чем просто физическое перемещение: вытеснение генетических элементов может изменить их функционирование.

Другими словами, подобная техника может быть использована для оптимизации, а не для восстановления генов человека. Up или down-regulating misbehaving гены, поощряющие теломеры (молекулярные шапки к хромосомам), чтобы вырасти дольше, а не деградировать с возрастом или даже защищать от рака, способствуя генам-супрессор опухоли.

Есть даже некоторые исследования, которые показывают, что эти изменения могут быть изменены как наследуемые или не наследуемые, основанные на том, где они лежат в ядре клетки, что может помочь решить этические дилеммы, которые мы уже обсуждали.

«Но подождите, — можете сказать вы. «Почему, черт возьми, местоположение гена повлияет на его функцию? Это все тот же код, и это важно, верно? » Неверно. Ну … в основном правильно, но когда дело доходит до клеточной биологии, все не так просто, как нам бы хотелось. Чтобы ответить на этот вопрос, давайте быстро отвлечемся от идеи EPIGENETICS !

Эпиген — ЧТО?

Трудная правда заключается в том, что учитель биологии второкурсника, которого вы любили, на самом деле лгал вам, когда она сказала, что генетический код определил, кто такой человек. Оказывается, существует совершенно отдельный уровень выражения генов, который не имеет ничего общего с физическим «кодом». Эпигенетика — это исследование наследуемых изменений экспрессии генов (активных и неактивных генов), которые не связаны с изменениями исходной последовательности ДНК.

Что особенно интересно, так это то, что эти изменения происходят в течение вашей жизни и все же могут быть переданы вашим детям — что-то вроде менделевской генетики было невозможно в течение сотен лет.

Но подумайте о любых близких, которые вы встретили. Они разделяют тот же самый генетический код, но если вы посмотрите достаточно близко, всегда есть тонкие различия, которые в конечном итоге позволят вам рассказать им обособленно. Это почти всегда связано с эпигенетическими изменениями.

Такое изменение является закономерным и естественным явлением, которое на самом базовом уровне использует химические изменения в молекуле ДНК для изменения ее физической формы в определенном месте, оставляя ген недоступным для ферментов, которые будут читать и воспроизводить его, или наоборот наоборот, облегчает им достижение этого.

В связи с этим, это новое исследование добавляет идею о том, что физическое местоположение гена в ядре клетки также может влиять на этот показатель вторичной экспрессии. Это было то, о чем давно подозревали ученые, но до сих пор не доказал.

Лучше всего думать о ядре клетки, как о доме с несколькими разными «комнатами», и, как обычный дом, каждая комната имеет несколько другую цель. Некоторые комнаты хранятся, а гены внутри не часто касаются, в то время как другие области видят больше трафика и, следовательно, больше реакций.

Что делает этот подход действительно особенным, так это то, что изменение в генетическом положении является как химически индуцируемым, так и полностью обратимым. Поэтому, если у пациента возникли побочные реакции на лечение, его можно быстро отменить без побочных эффектов.

Яркое, но возможно далекое будущее

Я признаю, что такое исследование довольно высокоуровневое, и на первый взгляд  может показаться немного скучным, но его потенциал просто ошеломляет. Например, деградация теломер рассматривается как единственная наиболее важная причина старения, но ученые показали, что, двигая теломеры ближе к чему-то, называемому «Тело Кахала», они фактически выросли, увеличивая жизнеспособность клеток и останавливая процесс старения. Это может стать огромным успехом в жизни человека.

CRISPR-GO можно также использовать для создания структур под названием «тела Promyelocytic Leukemia» (ПЛК), которые являются большими глотками белка, которые, как известно, подавляют проопухолевые гены. К сожалению, большинство из этих проопухолевых генов необходимы для жизни, когда они функционируют нормально, и только через мутацию они становятся проблемой.

Но путем позиционирования генов, вызывающих рак вблизи этих ПЛК, можно значительно снизить скорость развития рака, одновременно не влияя на их нормальную клеточную функцию. Да, это означает, что вы думаете, что это значит … вакцина от рака.

Конечно, мы должны закончить с осторожностью, чтобы вы, дорогой читатель, не были слишком взволнованы. Хотя доказательства, показанные CRISPR-GO, увлекательны, исследования все еще находятся на экспериментальном этапе, и есть еще много работы, прежде чем эти результаты могут быть полностью подтверждены.

Более того, хотя здесь есть большой потенциал, и исследование ответило на пару очень важных вопросов, оно также открыло еще около 20. В ближайшем будущем будет очень важно расшифровать, почему эти эффекты, основанные на местоположении, происходят в конкретных ядерных отсеках и в чем заключается основная причина.

До тех пор нам просто нужно продолжать мечтать и надеяться, что никто случайно не потянет Брюса Баннера и « Халкс» … Это может вернуть генетическое исследование еще одно десятилетие!