Что такое редактирование генома и CRISPR-Cas9?

Редактирование генома (также называется редактированием генов) – это группа технологий, которые дают ученым возможность изменять ДНК организма. Эти технологии позволяют добавлять, удалять или изменять генетический материал в некоторых местах генома. Было разработано несколько подходов к редактированию генома. Хорошо известный называется CRISPR-Cas9, являющийся сокращением от кластеризированных регулярных интервалов коротких палиндромных повторов и CRISPR-ассоциированного белка 9. Система CRISPR-Cas9 вызвала много волнения в научном сообществе, поскольку она быстрее, дешевле, точнее и эффективнее. .

CRISPR-Cas9 был адаптирован из природной системы редактирования генома, которую бактерии используют в качестве иммунной защиты. При заражении вирусами бактерии захватывают небольшие фрагменты вирусов ДНК и вставляют их в собственную ДНК по определенному шаблону для создания сегментов, известных как массивы CRISPR. Массивы CRISPR позволяют бактериям «запоминать» вирусы (или тесно связанные с ними). Если вирусы атакуют снова, бактерии производят сегменты РНК из массивов CRISPR, которые распознают и присоединяются к определенным участкам вируса. Затем бактерии используют Cas9 или подобный фермент, чтобы разрезать ДНК, отключающую вирус.

Исследователи адаптировали эту систему иммунной защиты для редактирования ДНК. Они создают небольшой фрагмент РНК с короткой «направляющей» последовательностью, которая присоединяется (связывается) к определенной целевой последовательности ДНК клетки, подобно сегментам РНК, которые бактерии производят из массива CRISPR. Эта направляющая РНК также присоединяется к ферменту Cas9. При введении в клетки направляющая РНК распознает планируемую последовательность ДНК, а фермент Cas9 разрезает ДНК в целевом месте, отражая процесс в бактериях. Хотя Cas9 является наиболее часто используемым ферментом, другие ферменты (например, Cpf1) также могут быть использованы. После разрезания ДНК исследователи используют собственный механизм восстановления клетки ДНК, чтобы добавлять или удалять фрагменты генетического материала или вносить изменения в ДНК путем замены существующего сегмента специальной последовательностью ДНК.

Редактирование генома представляет большой интерес для профилактики и лечения болезней человека. В настоящее время редактирование генома используется в клетках и моделях животных в исследовательских лабораториях для понимания заболеваний. Ученые все еще работают над тем, чтобы определить, является ли этот подход безопасным и эффективным для использования людьми. Его изучают в исследованиях и клинических испытаниях для широкого спектра заболеваний, включая одногенные нарушения, такие как кистозный фиброз, гемофилия и серповидно-клеточная анемия. Он также перспективен для лечения и профилактики более сложных заболеваний, таких как рак, болезни сердца, психические заболевания и инфекция вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).

Этические проблемы возникают, когда редактирование генома с помощью таких технологий как CRISPR-Cas9 используется для изменения геномов человека. Большинство изменений, внесенных при редактировании генома, ограничиваются соматическими клетками, которые являются клетками, отличными от яйцеклеток и сперматозоидов (клеток зародышевой линии). Эти изменения характерны только для определенных тканей и не передаются от одного поколения к следующему. Однако изменения, внесенные в гены яйцеклеток или сперматозоидов или в гены эмбриона, могут передаваться будущим поколениям. Редактирование генома зародышевых клеток и эмбрионов порождает ряд этических проблем, в частности, вопрос о том, можно ли использовать эту технологию для улучшения нормальных черт человека (таких как рост или интеллект). Из-за беспокойства относительно этики и безопасности редактирование генома зародышевых клеток и эмбрионов сейчас незаконно в Соединенных Штатах и многих других странах.