Про технології CRISPR-Cas так чи інакше чули багато. Цей біотехнологічний метод пропонує відносно швидкий і простий спосіб маніпулювання окремими генами в клітинах, їх можна видаляти, змінювати чи видозмінювати. Крім того, в останні роки фахівці навчилися використовувати технології, засновані на CRISPR-Cas, для збільшення або зменшення активності окремих генів.
Ще кілька років тому методика стала світовим стандартом як фундаментальних біологічних дослідженнях, так і в прикладних областях, наприклад, селекції рослин.
Нагадаємо коротко основні принципи даного підходу. Для здійснення необхідних маніпуляцій з генами використовується фермент Cas і молекула РНК. Саме вона з максимальною точністю “направляє” фермент до ділянки-мішені в ДНК. Опинившись у потрібному місці, Cas розрізає ланцюжок ДНК (тому технологію іноді іменують “молекулярними ножицями”). Але найважливіше — це наступний етап, а саме “лагодження” утвореного пролому.
Саме в процесі відновлення ДНК фахівці можуть зіставити кінці в місці розриву так, щоб “виключити” потрібний ген. А якщо повністю замінити віддалений ферментом Cas ділянка ДНК на новий (тобто не просто з’єднати кінці молекули, а поставити “латку”), то можна уникнути небажаних мутацій. Відзначимо, що поки що відсоток таких “помилок” все ще досить великий, навіть незважаючи на всі поліпшення.
З цієї причини технологія CRISPR-Cas все ще має серйозні обмеження. Крім того, розроблені раніше підходи дозволяли дослідникам модифікувати в основному лише один ген за раз. Іноді фахівцям вдавалося “обробити” відразу кілька генів, але поки абсолютний рекорд становив скромні сім генів “за один захід”.
Схоже, цей етап розвитку CRISPR-Cas відтепер стане історією. Команда вчених з Швейцарської вищої технічної школи (ETH) у своїх експериментах продемонструвала можливість одномоментно модифікувати 25 ділянок-мішеней в генах клітини. Якщо врахувати, що, за запевненням фахівців, це число може бути збільшене до декількох десятків і навіть сотень генів, запропонована технологія дійсно здається революційною.
- Вечірні фізичні навантаження краще ранкових впливають на метаболізм
- Виявляється, людські немовлята сміються так само, як шимпанзе
- Світлове забруднення зв’язали з підвищеним ризиком розвитку раку щитовидки
У будь-якому випадку новий метод має величезний потенціал для біомедичних досліджень та розвитку біотехнологій. Швейцарські фахівці впевнені, що завдяки створеному ними новому інструменту вчені зможуть досягти того, про що в минулому можна було тільки мріяти.
Щоб зрозуміти суть нової розробки, важливо пам’ятати, що гени і білки клітини дуже активно взаємодіють між собою. Для вирішення того чи іншого питання (виконання тієї чи іншої функції) утворюються своєрідні “мережі”, що охоплюють десятки генів. Саме це забезпечує клітинну різноманітність організму (маючи одну загальну “інструкцію” у вигляді молекули ДНК, клітини діляться, наприклад, на клітини шкіри і крові, м’язів і мозку).
Для того, щоб здійснити такий множинний вплив, вчені ETH сконструювали плазміду. Це невелика кільцева молекула ДНК, яка зберігає і схему ферменту Cas, і численні молекули РНК з “адресами” майбутніх місць виправлень у хромосомах.
В ході експериментів дослідники помістили плазміду в клітини людини і продемонстрували, що завдяки їй можна модифікувати і регулювати роботу безлічі генів одночасно.
Можливості, відкриті швейцарськими експериментаторами, представляють великий інтерес для фундаментальних досліджень. Завдяки новому інструменту вчені зможуть дізнатися, наприклад, чому різні типи клітин поводяться по-різному. Крім того, вдосконалена технологія допоможе і в дослідженні складних генетичних порушень і буде корисна в так званій замісній клітинній терапії, яка ґрунтується на заміні пошкоджених клітин здоровими.
Більш того, новий метод прокладає шлях для складного, масштабного програмування клітини. Важливо, що розробка дозволяє підвищити активність одних генів, одночасно знизивши інтенсивність роботи інших. До речі, час “включення” цієї зміни в роботі генів тепер можна точно запрограмувати і проконтролювати.
Дослідники також зможуть використовувати покращений CRISPR-Cas підхід для перетворення стовбурових клітин у спеціалізовані, наприклад, клітини головного мозку або бета-клітини підшлункової залози, що виробляють інсулін.
Результати революційної експериментальної роботи групи Платта опубліковані в науковому виданні Nature Methods.