Що таке редагування геному та CRISPR-Cas9?

Редагування геному (також називається редагуванням генів) — це група технологій, які дають вченим можливість змінювати ДНК організму. Ці технології дозволяють додавати, видаляти або змінювати генетичний матеріал у певних місцях геному. Було розроблено декілька підходів до редагування геному. Добре відомий називається CRISPR-Cas9, що є скороченням від кластеризованих регулярних інтервалів коротких паліндромних повторів і CRISPR-асоційованого білка 9. Система CRISPR-Cas9 викликала багато хвилювання в науковому співтоваристві, оскільки вона швидша, дешевша, точніший і ефективніший, ніж інші методи редагування геному.

CRISPR-Cas9 був адаптований з природної системи редагування геному, яку бактерії використовують як імунний захист. При зараженні вірусами бактерії захоплюють невеликі фрагменти ДНК вірусів і вставляють їх у власну ДНК за певним шаблоном для створення сегментів, відомих як масиви CRISPR. Масиви CRISPR дозволяють бактеріям «запам’ятовувати» віруси (або тісно пов’язані з ними). Якщо віруси атакують знову, бактерії виробляють сегменти РНК з масивів CRISPR, які розпізнають і приєднуються до певних ділянок ДНК вірусу. Потім бактерії використовують Cas9 або подібний фермент, щоб розрізати ДНК, що вимикає вірус.

Дослідники адаптували цю систему імунного захисту для редагування ДНК. Вони створюють невеликий фрагмент РНК із короткою «направляючою» послідовністю, яка приєднується (зв’язується) до певної цільової послідовності в ДНК клітини, подібно до сегментів РНК, які бактерії виробляють із масиву CRISPR. Ця направляюча РНК також приєднується до ферменту Cas9. При введенні в клітини направляюча РНК розпізнає заплановану послідовність ДНК, а фермент Cas9 розрізає ДНК у цільовому місці, віддзеркалюючи процес у бактеріях. Хоча Cas9 є ферментом, який використовується найчастіше, інші ферменти (наприклад, Cpf1) також можуть бути використані. Після розрізання ДНК дослідники використовують власний механізм відновлення ДНК клітини, щоб додавати або видаляти фрагменти генетичного матеріалу або вносити зміни в ДНК шляхом заміни існуючого сегмента спеціальною послідовністю ДНК.

Редагування геному представляє великий інтерес для профілактики та лікування захворювань людини. В даний час редагування геному використовується в клітинах і моделях тварин у дослідницьких лабораторіях для розуміння захворювань. Вчені все ще працюють над тим, щоб визначити, чи є цей підхід безпечним і ефективним для використання людьми. Його вивчають у дослідженнях і клінічних випробуваннях для широкого спектру захворювань, включаючи одногенні розлади, такі як кістозний фіброз, гемофілія та серповидно-клітинна анемія. Він також є перспективним для лікування та профілактики більш складних захворювань, таких як рак, хвороби серця, психічні захворювання та інфекція вірусу імунодефіциту людини (ВІЛ).

Етичні проблеми виникають, коли редагування геному за допомогою таких технологій, як CRISPR-Cas9, використовується для зміни геномів людини. Більшість змін, внесених під час редагування геному, обмежуються соматичними клітинами, які є клітинами, відмінними від яйцеклітин і сперматозоїдів (клітин зародкової лінії). Ці зміни характерні лише для певних тканин і не передаються від одного покоління до наступного. Однак зміни, внесені до генів яйцеклітин чи сперматозоїдів або до генів ембріона, можуть передаватися майбутнім поколінням. Редагування геному зародкових клітин і ембріонів породжує низку етичних проблем, зокрема питання про те, чи можна використовувати цю технологію для покращення нормальних рис людини (таких як зріст чи інтелект). Через занепокоєння щодо етики та безпеки редагування геному зародкових клітин і ембріонів наразі є незаконним у Сполучених Штатах та багатьох інших країнах.