Как исправить ДНК человека

Геном – это совокупность наследственной информации клетки человека. Эта информация закодирована в длинных полимерных молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК. В составе ДНК находятся азотистые основания, структура, роль которых можно сравнить с буквами. Вся генетическая информация описывается четырьмя буквами. В геноме человека их около шести миллиардов и вместе они составляют генетический код. Одно единственное изменение кода – мутация, может привести к серьезным генетическим заболеваниям. Но ученые придумали способ исправить ошибки в генах.

Азотистые основания, которые входят в состав нашей ДНК, соединены друг с другом водородными связями на основе принципа комплементарности. Этот принцип и иммунная система бактерий легли в основу CRISPR-Cas 9. У бактерий есть особые участки ДНК – CRISPR, состоящие из коротких симметричных повторов, между которыми располагаются спейсеры. Спейсеры отличаются друг от друга. В них записаны небольшие фрагменты ДНК вирусов, паразитирующих на данной бактерии. При попадании вируса в бактериальную клетку, его обнаруживают специальные сas-белки. В этом им помогает короткая направляющая РНК, которая с точностью до буквы совпадает с нужной последовательностью в геноме, поскольку синтезирована с CRISPR. Она связывается с ферментом сas 9, а затем с соответствующим участком ДНК бактерии, и указывает cas 9 место, которое нужно разрезать.

Cas-белки вносят двухцепочечный разрыв в нужное место генома и уничтожают вирусную ДНК, защищая клетку от инфекций. Аварийная система репарации экстренно заделывает дыры в ДНК при помощи механизма негомологичного соединения концов. Это очень неточный механизм, который приводит к большому количеству ошибок. Происходит изменение кода, и работа целевого гена выключается. С помощью CRISPR-Cas 9 можно редактировать сразу несколько неправильных генов. Для этого надо ввести белок в cas 9 и несколько разных РНК-гидов, каждый из которых направит cas 9 к собственной мишени. Самое главное не повредить другие здоровые участки генома, чтобы не спровоцировать новые мутации.

В конце 2016 года китайские ученые первыми применили технологию CRISPR для лечения больного с прогрессирующим раком легкого. При помощи CRISPR они выключили ген, который тормозит иммунную реакцию клеток, и ввели их больному. Ожидается, что отредактированные клетки смогут победить опухоль. В дальнейшем, технология CRISPR будет внедряться при лечении наследственных заболеваний, а также для выведения новых видов живых организмов. Например, малярийных комаров не подверженных малярии, которые вытеснят прежнюю популяцию, что может привести к решению проблемы малярии в эпидемических районах.

Слушайте также: Максим Франк-Каменецкий - Самая главная молекула. От структуры ДНК к биомедицине XXI