Новый метод позволяет редактировать ДНК миллиарда клеток за один прогон
Вирус, конечно, помогал редактировать геном, но без него все-таки спокойнее
Метод редактирования генома CRISPR-Cas9 стал настоящим прорывом за последние 10 лет. Создатели этого метода Дженифер Дудна и Эмманюэль Шарпентье удостоены Нобелевской премии. Но до сих пор — это был все-таки штучный метод, технологически довольно сложный и дорогой.
Главным подходом было (и до сих пор остается) использование «вирального вектора». Суть его в следующем. Для доставки генетического материала в клетку используется вирус. Он прекрасно приспособлен для того, чтобы проникать в клетку. Генетики удаляют из вируса всю его вредоносную начинку и вставляют в него механизм редактирования генома — CRISPR-Cas9. Вирус доставляет генетический механизм в ядро клетки, и CRISPR-Cas9 редактирует ДНК. Например, удаляет участок, содержащий генетический сбой и вставляет небольшой фрагмент нормальной ДНК (фрагмент всегда короткий — безошибочно заменить целый ген не удается).
Этот метод далеко несовершенен и труден в использовании, но генетика развивается. И вот в новой работе показано, как обойтись без вируса и при этом заменить в ДНК целый ген. Причем удалось это сделать быстро и относительно дешево.
Миллиард отредактированных клеток
Генетики Института Гладстона и Калифорнийского университета в Сан-Франциско разработали метод, который позволяет вводить в клетку длинные последовательности ДНК точно в нужное место генома без использования вируса. Чтобы отказаться от вирусной доставки, необходимо создать искусственный механизм проникновения в клетку. Это удалось сделать в 2019 году, когда генетики научились «раздвигать» клеточную мембрану, не повреждая клетку.
Другим важным шагом стал отказ от доставки двухцепочечной (то есть обычной) ДНК. Оказалось, что раствор, содержащий обычную ДНК, — крайне токсичен для клеток. А вот одна цепочка на клетки не влияет. Генетики сконструировали одноцепочечную ДНК с короткими двухцепочечными концами, к одному из которых «приклеен» белок Cas-9, который и режет целевую ДНК (ту в которую нужно внести изменения).
Все это позволило запустить редактирование сразу целого миллиарда клеток. И сделать это под надежным контролем. Причем метод позволил заменять целые гены — десятки тысяч нуклеотидов.
«Использование вирусных векторов дорого и ресурсоемко», — говорят генетики. «Основное преимущество невирусного подхода к генной инженерии заключается в том, что мы не ограничены стоимостью, сложностью производства и проблемами цепочки поставок».
Первое применение нового метода, которые намерены реализовать генетики, — это лечение миеломы, рака костного мозга. Для этого новым методом будут таким образом отредактированы Т-клетки пациента, чтобы они уверенно находили и уничтожали раковые клетки.
Новый метод может стать сильным толчком в развитии и широком применении генной терапии. Сегодня генная терапия — высокоэффективный, но очень дорогой метод лечения. Один укол может стоить 2 миллиона долларов. Хотя и нужен только один, но далеко у каждого человека есть такая сумма, и никакая страховка ее не покроет.