Tehnologia de editare a genelor folosind sistemul CRISPR-Cas9 poate duce la multe mutații nedorite. La această concluzie au ajuns oamenii de știință de la Centrul Medical al Universității Columbia. „Lenta.ru” vorbește despre un nou studiu, ale cărui rezultate au fost publicate în revista Nature Methods.
CRISPR / Cas9 este un mecanism molecular care există în interiorul bacteriilor și le permite să combată virusurile cu bacteriofagii. CRISPR-urile sunt „casete” din ADN-ul unui microorganism, care sunt alcătuite din secțiuni repetate și secvențe unice numite distanțiere. Acestea din urmă sunt fragmente de ADN viral. În esență, CRISPR poate fi gândit ca o bancă de date care conține informații despre genele agenților patogeni. Proteina Cas9 folosește aceste informații pentru a identifica corect ADN-ul străin și a-l face inofensiv prin tăierea într-o anumită locație.
Precizia CRISPR / Cas9 permite utilizarea acestuia ca instrument de editare a genelor, care este mult mai eficient decât metodele existente anterior. Cercetătorii inserează o casetă ADN care conține gena proteinei Cas9 și o regiune care codifică o moleculă de ARN de direcționare specială (sgRNA) în celulă, în a cărei modificare a genomului trebuie să se facă. Acesta din urmă se poate atașa la o locație specifică din genom, indicând Cas9 unde să taie. Puteți apoi să introduceți gena sau grupul de gene dorite în gol, creând o celulă modificată.
Avantajul CRISPR / Cas9 este că poate face schimbări precise, reducând numărul de tăieri nedorite (efecte off-target) în alte părți ale genomului. În plus, economisește timp și bani - spre deosebire de alte metode utilizate pe scară largă care folosesc enzime nucleazice. Sistemul CRISPR este mai potrivit pentru situațiile în care mai multe gene defecte trebuie corectate simultan, deoarece necesită doar sinteza sgRNA corespunzătoare. În cazul nucleazelor, pentru fiecare situs ADN specific, este necesară asamblarea propriei enzime specifice, care este mai lungă și mai scumpă.
CRISPR / Cas9 Imagine artistică de credit: Steve Dixon / Feng Zhang / MIT
Tehnologia a devenit rapid populară, nu numai în rândul oamenilor de știință, ci și în cultura populară. De exemplu, apare în complotul unor episoade din noul sezon al The X-Files ca o armă de distrugere în masă. Directorul informațiilor naționale americane, James Clapper, și-a exprimat îngrijorarea, care consideră că ingineria genetică este o amenințare. Cu toate acestea, orice tehnologie este periculoasă dacă este folosită incorect. De exemplu, utilizarea ineptă și frecventă a antibioticelor, care au salvat viețile a sute de mii de oameni, alimentează apariția de superbe rezistente la antimicrobiene.
În ciuda ficțiunii, CRISPR / Cas9, ca antibiotice, nu poate fi folosit ca o armă de distrugere a oamenilor. Dar puteți crea organisme modificate, cum ar fi țânțarii, care vor răspândi gena defectuoasă în populația lor, ceea ce poate duce la o scădere puternică a numărului de insecte care sugă sânge. Biologii cer să fie extrem de atenți la astfel de aplicații.
Celulele imune atacă creșterea canceroasă Foto: Steve Gschmeissner / Science Photo Library
Video promotional:
În același timp, multe biotehnologii consideră că tehnologia va face posibilă tratarea cu succes a bolilor periculoase, inclusiv a celor cauzate de cauze genetice. De exemplu, la sfârșitul anului 2016, China a experimentat deja tratarea cancerului pulmonar agresiv. Celulele imunitare ale pacientului au fost eliminate și gena care suprimă lupta împotriva tumorilor maligne a fost oprită. Procedura de modificare a genomului a avut succes, iar celulele au fost reintroduse în corpul pacientului.
CRISPR / Cas9 are dezavantajele sale. Astfel, ADN-ul rupt de „foarfecele” moleculare pierde o parte din secvență, ceea ce împiedică editarea „punctului”, adică înlocuirea unui singur nucleotid. Biotehnologii creează versiuni îmbunătățite ale sistemului prin depășirea acestor limitări. De exemplu, cercetătorii din Coreea de Sud au combinat enzima Cas9 cu o altă proteină, citidina deaminază. Aceasta a învățat CRISPR / Cas9 să facă substituții nucleotidice unice.
Cu toate acestea, există o altă problemă. Cert este că această tehnologie poate introduce și mutații nedorite, iar oamenii de știință nu înțeleg încă pe deplin cum poate fi eliminată. Când vine vorba de tratarea oamenilor, riscul este încă nejustificat de mare: schimbările secundare ale genomului pot dăuna sănătății considerabil.
Anumiți algoritmi pot prezice unde în genom se pot face înlocuiri inutile. Ele funcționează foarte bine atunci când CRISPR modifică celulele sau țesuturile individuale, dar nu sunt utilizate atunci când vine vorba de organisme vii.
Structura CRISPR / Cas9 Foto: Ian Slaymaker / Broad Institute
De exemplu, biotehnologii de la Universitatea Columbia au folosit tehnologia pentru a elimina mutațiile care declanșează retinita pigmentoasă. Pentru aceasta, celulele pielii au fost luate de la pacient și reprogramate în celule stem. Defectul a fost apoi corectat folosind o casetă CRISPR. Astfel de celule modificate pot fi transformate în celule retiniene și transplantate la un pacient pentru a restabili vederea.
În plus, aceiași oameni de știință au creat șoareci modificați genetic, care au fost injectați cu CRISPR în stadiul de zigot. Cercetătorii au secvențiat apoi (au determinat secvența de nucleotide) întregul genom al șoarecilor. Deși CRISPR a corectat cu succes o genă în care defectul a provocat orbire, a introdus, de asemenea, peste 1.500 de mutații de un singur nucleotid și peste 100 de ștergeri (ștergeri ale secțiunilor scurte) și inserții. Niciuna dintre aceste modificări nedorite nu au fost prezise de algoritmi de computer.
Modificarea genomului este o modalitate bună de a trata bolile ereditare care sunt în prezent incurabile. Potrivit lui Stephen Tsang, el și coautorii săi consideră că este important pentru oamenii de știință de inginerie genetică să fie conștienți de pericolele potențiale ale mutațiilor nedorite care apar la editarea ADN-ului. Astfel de mutații includ atât substituțiile nucleotidelor în regiunile codificatoare ale genomului, cât și în regiunile care nu codifică, unde sunt localizate elemente de reglare (controlează activitatea genelor).
În ciuda mutațiilor, șoarecii s-au descurcat bine. Biotehnologii rămân optimisti cu privire la terapia genică, deoarece orice intervenție medicală are efecte secundare. Trebuie doar să știți care sunt. În viitor, acest lucru va îmbunătăți tehnologia pentru a minimiza efectele off-target.
Alexandru Enikeev
