Наборы для редактирования генов стоят от $100, ими пользуются студенты, — Александр Коляда

Стоимость набора для редактирования генов с помощью технологии Crispr-Cas9 стартует от $100, сейчас, спустя всего восемь лет после открытия. Об этом во время Nobilitet рассказал украинский генетик, основатель и научный директор лаборатории Diagen, Александр Коляда. 

В 2020 году Нобелевскую премию по химии получили Эммануэль Шарпантье и Дженнифер А. Дудна"за разработку метода редактирования генома", о чем 7 октября заявили на заседании Нобелевского комитета. Во время Nobilitet-2020 украинские ученые рассказали, в чем важность открытия и как его применяют в мире. 

"Премия по химии-2020 одновременно очень скоропостижная — с момента ключевой статьи до момента премии прошло всего восемь лет, с другой стороны после выхода этой статьи каждый год думали, что вот в этом году ее точно дадут", — говорит Александр Коляда. 

Как работает редактирование генома

Чтобы понять, что такое редактирование генов, необходимо понять, как устроена ДНК, дезоксирибонуклеиновая кислота. 

ДНК — это двухметровая нитка, компактно упакованная в каждую из нескольких триллионов человеческих клеток. Как ожерелье состоит из бусин, нить ДНК состоит из элементов, АГТЦ, аденин, тимин, гуанин, цитозин. "У программистов в языке 2 буквы, у генетиков — 4. У остальных — чуть побольше. Вот как выглядит это в реальности: массив букв. Работать с этим сложно. У генетиков было две мечты: читать эти буквы и переписывать их, — говорит Коляда. — Чтобы понять, из каких букв состоит геном человека, ушло более 10 лет. Мы понимаем геном червяка или мухи дрозофилы. Кое-что знаем о мыши и о человеке". 

По сути, к редактированию мы можем приступить уже сейчас. Эта возможность интересует нас потому, что человек имеет дефекты. И эти дефекты усугубляются с каждым следующим актом воспроизведения. Например, в европейской популяции отличается каждая 1000 буква. Поэтому у нас разный цвет волос и оттенок кожи. Кроме того накапливаются ошибки. Ребенок отличается от родителей на 70 мутаций. Кроме того, мутации накапливаются тем больше, чем старше отец — поскольку у мужчин половые клетки размножаются. 

Для того, чтобы лечить генетические заболевания, не получится просто сбалансировать рацион или купить супердорогое лекарство. Но здесь на помощь может прийти редактирование генов. 

Первые странности в геноме бактерий обнаружили еще в 1987 году. Оказалось, бактерия тоже болеет вирусами. К примеру, на каждую бактерию микрофлоры кишечника приходится по десять вирусов. И у бактерий есть иммунитет. Вирус "впрыскиывает" в ДНК бактерии свою ДНК, потом бактерия размножается, и некоторые из них погибают, другие напротив выживают. Бактерия, которая выжила, "встраивает" кусок ДНК вируса в свою нить и передает потомкам как напоминание о том, что это — вредная информация, от которой нужно сразу избавляться. 

"Шарпантье и Дудна показали, что механизм встраивания вирусных частичек в бактериальную ДНК может быть использован для редактирования генома млекопитающего. Машинерия состоит из "читалки" и "редактора". РНК-"читалка" находит нужное место в геноме, нужную последовательность букв, белок Cas-9 делает разрез. От того, как клетка залатает этот разрыв, зависит, какую мутацию мы получим. Она может сама сшить его, как посчитает нужным. Но мы можем поместить рядом с бусинами ДНК другой кусочек бус, и тогда клетка сама встраивает нужный кусочек, это может быть даже одна буква, заполняя брешь, исходя из матрицы, которую мы подсунем, — объясняет Коляда. — Крупная инновация Дудны и Шарпантье заключается в том, чтобы объединить две необходимые для процесса РНК-молекулы в одну". 

Ранее, рассказывает генетик, уже существовали механизмы редактирования, но они были сложнее. К примеру, "цинковые пальцы", которые могут узнать по 3 нуклеотида. Или TALEN, надо было собрать набор белков, на что уходили месяцы, а то и годы. 

Применение Crispr-Cas-9 — сфера достаточно обширная. 

"У каждого сотого можно что-то отредактировать"

"Есть известная история, что свиньи — это доноры органов для человека. Есть даже некий миф, что ДНК свиньи похоже на человека, но нет, чудес не бывает, ДНК обезьяны похоже на ДНК человека. Свинья подходит нам по размеру органов и ввиду мутаций в комплексе гистосовместимости. Но есть ряд рисков: в геноме свиней много встроенных вирусов, собственных, как и в нашем геноме около четверти генома занимают вирусы. Если переносить органы, механизмы, которые сдерживают вирусы, отключатся и человеческий организм — по крайней мере, ткани, которые соприкасаются с органом — могут заразиться вирусами свиньи", — говорит Коляда. С помощью технологии редактирования генома можно выключить в геноме свиньи порядка 60 последовательностей вирусов. 

Что касается людей, это редактирование генома взрослых — то есть, генная терапия. И редактирование эмбриона, когда ребенок еще состоит из одной или до ста клеток. 

"Есть технология для лечения рака, когда берете иммунные клетки человека, высеиваете на чашку Петри, можете делать манипуляции, а потом вводите человеку обратно. Вы вставили или отредактировали ген, узнающий рак, и эти иммунные клетки видят его. Таким образом, как показывают три научные работы, достигли 90% эффективности в лечении некоторых онкологических заболеваний. На 90% вылечили некоторые заболевания онкологические, были 3 работы", — говорит Коляда. В частности, ученый приводит пример исследования, в котором мышь излечили от рака яичников с помощью Crispr-Cas. 

"Первое, что хочется сделать — избавиться от 2,5 тысяч генетических заболеваний. Некоторые встречаются раз на шестьсот человек. Некоторые — раз на миллион. Каждый 30 ребенок обладает некой аномалией. У каждого сотого можно что-то отредактировать", — говорит Коляда.