Вчені знайшли спосіб редагувати гени, аби боротися з раком чи виправляти “дефектні" гени .
Звучить як фантастика, правда ж? Вдумайтесь: людство дійшло до етапу, коли змогло винайти зручний інструмент для редагування “поламаних" генів. І це відкриває небачені горизонти і дає шанс на лікування раку, спадкових генетичних хвороб і не лише.
І саме за це – "розробку методу редагування геному" – цьогоріч вручили Нобелівську премію з хімії Еммануель Шарпентьє та Дженніфер Дудні.
Генетичні ножиці CRISPR / Cas9 здатні розпізнати ДНК вірусів, але науковці також довели, що ними можна і керувати, щоб вони могли вирізати будь-яку молекулу ДНК на заздалегідь визначеному місці.
Як з’явилися молекулярні ножиці?
Якось вчені досліджували геном кишкової палички і знайшли дуже незрозумілі на той час генетичні структури – касети з коротких послідовностей (спейсерів), що розділилися паліндромними повторами у геномі бактерій, і не розуміли його значення (паліндроми – ті, що однаково читаються і справа наліво і зліва направо).
Так випадково виявили CRISPR – адаптивну імунну систему, яка допомагає бактеріям переживати атаки вірусів.
Дуже багато вчених працювало, аби з’ясувати, чим є CRISPR-система і як вона працює.
Спочатку науковці дослідили перший тип цієї системи. Він працює так: є кілька білків, які збираються разом, і каскад комплекс, що активує ці білки. Разом вони зустрічають вірусну нуклеїнову кислоту і шматують її як шредер папір.
Минув час, і дослідники з’ясували, що є ще другий тип – один з представників – CRISPR-CAS 9. Е.Шарпентьє та Дж. Дудні взялися з’ясувати, який елемент у цій системі за що відповідає, і як система знищує вірусну ДНК, коли та потрапляє в бактеріальну клітину.
І у 2012 році показали, як працює система, яку ми тепер називаємо молекулярними ножицями. Більше того, змогли адаптувати її до досить таки простого використання.
Завдяки їхній робті ми можемо різати ДНК у будь-яких типах клітин: бактерій, тварин, рослин.
Як працюють молекулярні ножиці?
CRISPR-Cas9 складається з великого білка, який має свої молекулярні ножиці. Цей білок огортає ДНК, розплітає її ланцюжок, так що утворюється петля з однолонцюгових ДНК.
А потім розрізає ці одноланцюгові молекули, візуально це можна уявити як двоє щипчиків що розташовані один напроти одного, і руйнують певні хімічні зв’язки в молекулі ДНК, щоб ниточки розвалилися і утворився розрив ДНК.
Навігатором цього білка є спеціальна направляюча РНК. Вона вказує, де ножиці мають різати і скеровує білок у це місце геному.
Клітина ж у цей час "думає", що їй загрожує небезпека і розриви треба терміново з'єднати. Часто клітина латає ДНК в режимі авралу, бо якщо буде багато таких пошкоджень, вона помре, увімкнувши механізм самознищення.
Найчастіше клітина відновлює розриви ДНК з помилками, і це призводить до нокауту гену – коли ген є, але він неактивний. І це хороший інструмент для вивчення функцій гену: ми можемо вимикати його і вмикати відносно легко і дешево порівняно з іншими старішими технологіями і дивитися наскільки цей ген важливий.
Цю ж технологію можна використовувати для вбудовування потрібної нам інформації. Якщо примусимо клітину використовувати потрібні нам шаблони для ремонту розривів ДНК, можемо скоригувати мутацію з кількох літер генетичного коду.
Що це означає?
Стають реальністю мрії, амбіції вчених відредагувати геном з метою лікування хвороб, які виникають внаслідок помилок у нашій ДНК: лейкемії, гемофілії, багатьох спадкових захворювань. У нас є інструмент робити це спрямовано і осмислено.
Завдяки цій системі за одну маніпуляцію ми можемо одночасно працювати з кількома генами. Відредагувати одразу кілька генів.
І саме цьогорічні Нобелівські лауреатки встановили функцію і складники цього комплексу й запропонували, роль РНК у цьому комплексі. Показали, що із двох "пазликів" направляючої РНК можна самим синтезувати одну, і зробити таку штучну РНК щоб керувати цим процесом і програмувати систему CRISPR різати ДНК там, де потрібно нам.
Наразі такі роботи ще не вийшли за межі лабораторій. Але ці речі досить близькі до медичної апробації, захоплюють уяву і дуже надихають.