Новае новае

Зараз выкарыстоўваецца 7 самых вар'яцкіх спосабаў CRISPR

Ад ператварэння свіней у донараў органаў да змены колеру кветак, будучыня тэхналогіі рэдагавання генаў дурная і цудоўная

Фота Грэгара Фішэра / выявы альянсу / Getty Images

Ёсць некалькі сучасных навуковых інавацый з такімі глыбокімі наступствамі, як тэхналогія рэдагавання генаў CRISPR, якая дазваляе навукоўцам дакладна выразаць і змяняць ДНК любой клеткі. Выкарыстанне навукоўцамі CRISPR пачало, збольшага, таму што гэта значна прасцей, чым папярэднія ітэрацыі рэдагавання генаў. Хоць CRISPR яшчэ не вылечыў хваробу і не спыніў голад у свеце, яго ўжо выкарыстоўваюць дзіўнымі спосабамі. Мы сабралі сем самых дзікіх прыкладаў.

1. Ператварэнне свіней у донараў органаў

На працягу дзесяцігоддзяў навукоўцы разглядалі супярэчлівую ідэю, што жывёлы могуць забяспечыць гатовы запас органаў, каб палегчыць дэфіцыт перасадкі органаў. У цяперашні час больш за 110000 чалавек чакаюць атрымання перасадкі ў ЗША. Мінулыя спробы імплантаваць органы жывёл людзям праваліліся, паколькі імунная сістэма чалавека адкідае чужародныя тканіны. (Першая трансплантацыя сэрца, зробленая на чалавеку, была ў 1964 годзе з сэрцам шымпанзэ. Пацыент памёр на працягу дзвюх гадзін.) Яшчэ адным бар'ерам з'яўляецца магчымасць перадачы інфекцый ад донараў жывёл чалавечым рэцыпіентам.

Даследчыкі лічаць, што CRISPR можа вырашыць абедзве гэтыя праблемы.

Адна кампанія - eGenesis, якая выйшла з лабараторыі генератара Гарварда Джорджа Царквы, выкарыстоўвае CRISPR для таго, каб зрабіць свіней прыдатнымі донарамі органаў для чалавека. Многія свіныя органы, як сэрца і лёгкія, па памеры падобныя з чалавечымі.

Даследчыкі ў галіне eGenesis выкарыстоўвалі CRISPR, каб выявіць сям'ю вірусаў, выяўленых у ДНК свінні, якія могуць быць перададзены людзям падчас трансплантацыі. Гэтыя вірусы, вядомыя як свіныя эндагенныя рэтравірусы, альбо PERV, могуць пераходзіць ад свіней да клетак чалавека і выпадкова інтэгравацца ў геном чалавека. Кампанія да гэтага часу вырабіла дзясяткі свіней без вірусаў.

Кампанія таксама выкарыстоўвае CRISPR для мадыфікацыі генаў, якія ўдзельнічаюць у імуннай сістэме, і прадухіляе чалавечае цела адкідваць органы. Клінічнае даследаванне трансплантацыі чалавека з органаў, якія вырабляюцца ў рэдагаваных гену свіней, хутчэй за ўсё, прайшло яшчэ шмат гадоў.

"Я думаю, што людзі хацелі, каб гэта адбылося, таму што яны зразумелі, што гэта найвышэйшая медыцына".

2. Стварэнне новых і ўдасканаленых садавіны

Вы, напэўна, не знаёмыя з земляробствам, але Джойс Ван Эк спадзяецца, што фрукт калі-небудзь стане хатнім імем.

Каля памеру памідора-черрі, салодкі арэх з ноткамі ананаса і манга. Ён можа расці ў ЗША, але ў цяперашні час гэта рэдкасць, таму што расліны дзіка разрастаюцца і цяжка кантраляваць.

Эк, дацэнт Корнельскага універсітэта, і яе супрацоўнік Закары Ліпман з Лабараторыі Холаднай Вясны выкарыстоўваюць CRISPR, каб зрабіць земляробчы завод больш прывабным для фермераў. "Мы разглядалі гэта як навінку, якая з некаторымі паляпшэннямі можа стаць больш спецыялізаванай харчовай культурай у ЗША і расці больш шырока", - кажа Эк.

Эк і Ліпман упершыню нацэлілі ген на самарэзанне землякоў, каб зрабіць расліна больш кампактным па меры росту. Эк кажа, што змены па сутнасці хутка адсочвалі прыручэнне расліны і прымусілі плён развівацца раней. Далей яны выкарыстоўвалі CRISPR для налады генетыкі прызавых, каб зрабіць плён на 25 адсоткаў больш. Яны апублікавалі свае высновы ў кастрычніку 2018 года ў часопісе Nature Plants.

Эк лічыць, што CRISPR будзе важным інструментам для прыручэння новых культур, павышэння харчовай каштоўнасці прадуктаў харчавання і дапамогі абараніць культуры ад экстрэмальных умоў надвор'я і клімату. "Мы разлічваем на толькі некалькі асноўных харчовых культур не толькі ў ЗША, але і ў іншых краінах", - кажа яна. "Я думаю, што сапраўды важна знайсці іншыя культуры ў выпадку неўраджаю, але і як разнастаіць дыеты".

CRISPR таксама вывучаецца як спосаб развядзення дрэў какао, каб яны былі ўстойлівыя да хвароб, якія ўсё больш ўплываюць на вытворчасць шакаладу. А сельскагаспадарчая кампанія DuPont Pioneer атрымала ліцэнзію на тэхналогію CRISPR для вывядзення новага і палепшанага гатунку васковай кукурузы, якая выкарыстоўваецца для згушчэння харчовых прадуктаў.

3. Змена кветак з фіялетавага на белы

Японскія навукоўцы выкарыстоўваюць CRISPR для змены колеру кветак традыцыйнага садовага расліны.

Даследчыкі запраграмавалі CRISPR для навядзення канкрэтнага гена, вядомага як ген DFR-B, на ранішнюю славу японцаў. У лабараторыі яны ўставілі сістэму CRISPR у раслінныя эмбрыёны. Інструмент рэдагавання генаў паспяхова парушыў ген DFR-B, які адказвае за колер сцеблаў, лісця і кветак расліны. Гэтым ён змяніў характэрны для расліны фіялетавы колер на белы.

Па словах навукоўцаў, іх праца, апублікаваная ў мінулым годзе, раскрывае велізарны патэнцыял CRISPR для вывучэння і маніпуляцыі генамі ў садаводчых раслінах.

4. Мадыфікацыя эмбрыёнаў чалавека

У мінулым годзе навуковец у Арэгоне выступіў з загалоўкамі, калі паведаміў, што яго каманда выкарыстала CRISPR, каб выявіць генетычную памылку сэрца ў дзясятках чалавечых эмбрыёнаў. CRISPR быў упершыню выкарыстаны ў ЗША для мадыфікацыі чалавечых эмбрыёнаў. Эксперымент быў прызначаны толькі ў навуковых мэтах, і ні адзін з эмбрыёнаў не быў імплантаваны ў матку жанчыны з намерам стварыць цяжарнасць.

Шухрат Міталіпаў, які кіруе Цэнтрам эмбрыянальнай клетачнай і геннай тэрапіі Універсітэта аховы здароўя і навукі ў Арэгоне, прычыніўся да мутацыі ў гене пад назвай MYBPC3, які адказвае за спадчыну сардэчнай хваробы пад назвай гіпертрафічная кардыяміяпатыя. Стан узнікае прыблізна ў 1 з 500 чалавек і можа выклікаць сардэчную недастатковасць і раптоўную смерць.

"Кожнае пакаленне будзе несці гэты рамонт, таму што мы выдалілі генны варыянт гена з радаводу гэтай сям'і", - сказаў Міталіпаў у заяве універсітэта.

Рэдагаванне клетак у эмбрыёнаў вядома пад назвай "рэдагаванне палавой лініі" і з'яўляецца супярэчлівым, паколькі генетычныя змены ў выніку могуць перадацца наступным пакаленням. Гэта іншае, чым саматычны рэдагаванне геному, якое ўплывае толькі на лечанага чалавека.

Японія неўзабаве можа рухацца наперад з аналагічнымі даследаваннямі. Краіна апублікавала праект рэкамендацый, якія дазваляюць чалавечым эмбрыёнам змяняцца з дапамогай CRISPR і іншых тэхналогій рэдагавання геному. Калі яны будуць прынятыя, "рэкамендацыі будуць абмяжоўваць маніпуляцыю чалавечымі эмбрыёнамі для размнажэння, хаця гэта не будзе юрыдычна абавязковым", гаворыцца ў справаздачы за кастрычнік 2018 года ў часопісе Nature.

Але навука далёкая ад выкарыстання CRISPR для стварэння дзіцячых дызайнераў - прынамсі ў ЗША. Таму што ўезднік у Кангрэсе забараняе Адміністрацыі па харчаванні і леках ЗША (FDA) нават разглядаць любыя выпрабаванні на людзях, якія прадугледжваюць змяненне чалавечых эмбрыёнаў.

5. Спыненне мышачнай дыстрафіі ў сабак

У сабак з цягліцавай дыстрафіяй з'явілася лячэнне, якое рэдагуе ген CRISPR, каб выправіць генетычную мутацыю, якая выклікае захворванне. Вынікі, паведамленыя ў жніўні 2018 года, ўяўляюць сабой галоўны крок наперад у распрацоўцы лячэння цягліцавай дыстрафіі Дюшенна, разбуральнай і кароткачасовай хваробы, найбольш распаўсюджанай сярод маладых хлопчыкаў. Гэта генетычнае захворванне, якое сустракаецца прыкладна ў 1 з 3500 хлопчыкаў, якія нарадзіліся ва ўсім свеце.

Дюшен выклікаецца мутацыяй гена DMD, які робіць дыстрафін, неабходны бялок, які знаходзіцца ў цягліцавых клетках. Мутацыя азначае, што ген не можа прымусіць функцыянаваць дыстрафін, і без яго мышцы слабыя і не працуюць належным чынам. Страта цягліц у Дюшенне звычайна смяротная, і мужчыны з парушэннем звычайна дасягаюць толькі сваіх ранніх трыццаці гадоў.

Імкнучыся спыніць хваробу па шляху, навукоўцы з Тэхаскага універсітэта на паўднёвым захадзе ўводзілі CRISPR аднамесячным гончакам. Рэдагаванне генаў змагло аднавіць дыстрафін у цягліцавай і сардэчнай тканіны ў сабак да 92 працэнтаў. Навукоўцы падлічылі, што для значнай дапамогі людзям неабходны 15-працэнтны парог.

"Вельмі ўражвае, наколькі добра гэта працуе", - кажа Элізабэт Макналі, дырэктар Цэнтра генетычнай медыцыны Паўночна-Заходняга універсітэта, які вывучае генетыку мышачнай дыстрафіі. Макналі не ўдзельнічаў у даследаваннях, але выступае ў савеце кампаніі Exonics, кампаніі, якая фінансуе даследаванне. "Вы бачыце гэта змяненне, калі невялікая колькасць ДНК, якая выпраўляецца, можа прывесці да вялікай змены бялку".

Макналі кажа, што не здзівілася б, калі падыход перайшоў да выпрабаванняў на чалавеку ўсяго за некалькі гадоў. "Я думаю, што Дюшен па-сапраўднаму дзіця плаката для гэтага", - кажа яна пра рэдагаванне генаў.

6. Стварэнне новых метадаў лячэння рака і парушэнняў крыві

Ін'екцыя CRISPR непасрэдна ў арганізм рызыкоўная, таму на дадзены момант следчыя выкарыстоўваюць CRISPR для рэдагавання чалавечых клетак па-за арганізмам, а затым увядзення іх назад у пацыентаў. Гэты падыход выкарыстоўваецца ў ранніх клінічных выпрабаваннях у ЗША, Еўропе і Кітаі.

У ЗША выпрабаванне, арганізаванае Універсітэтам Пенсільваніі і кампаніяй пад назвай Tmunity, набірае да 18 чалавек, якія пакутуюць множнай міеломай, саркомай і меланомай, якія не адказалі на традыцыйныя лекі альбо не ўбачылі, што іх рак вяртаецца. Даследчыкі будуць здабываць імунныя клеткі чалавека ў мужчын і жанчын і выкарыстоўваць CRISPR для генетычнай змены іх для нападу на ракавыя клеткі. Пасля гэтага адрэдагаваныя клеткі будуць улівацца пацыентам.

Іншая кампанія, CRISPR Therapeutics, плануе выкарыстоўваць CRISPR для лячэння людзей з бэта-таласеміяй і серпападобна-клеткавымі захворваннямі, двума звязанымі з гэтым захворваннямі крыві, выкліканымі мутацыямі аднаго гена. Гэтыя мутацыі ўплываюць на здольнасць чалавека вырабляць гемаглабін, жыццёва важны бялок у эрытрацытах, які нясе кісларод па ўсім целе. У заяве, прадастаўленай Medium, кампанія паведаміла, што пачала прымаць людзей з бэта-таласеміяй на клінічнае выпрабаванне ў Германіі. Між тым, у ЗША CRISPR Therapeutics і Vertex Pharmaceuticals плануюць пачаць выпрабаванне на серпныя клеткі да канца 2018 года.

У абодвух выпрабаваннях будуць здабытыя ствалавыя клеткі касцявога мозгу ў людзей, якія былі ў ходзе выпрабаванняў, адрэдагаваны клеткі з CRISPR ў лабараторыі і перададзена назад пацыентам. Яны спадзяюцца, што працэс дапаможа пацыентам выпрацоўваць тып гемаглабіну.

У мінулым годзе даследчыкі ў Кітаі пачалі свой першы этап аналагічных эксперыментаў на людзях, але пакуль не паведамляюць пра якія-небудзь дадзеныя з 11 праведзеных выпрабаванняў, зарэгістраваных на klinitrials.gov.

Эрык Kmiec, дырэктар Інстытута рэдагавання генаў у сістэме аховы здароўя Christiana Care ў штаце Дэлавэр, кажа, што ён не здзіўлены, што CRISPR вельмі хутка пераняў гэта з нагоды вельмі сур'ёзных захворванняў. "Я думаю, што людзі хацелі, каб гэта адбылося, таму што яны зразумелі, што гэта найвышэйшая медыцына", - кажа ён. "Улічваючы адчай і адсутнасць іншых метадаў лячэння некаторых захворванняў, гэта абнадзейвае".

7. Ліквідацыя камароў

Хваробы, якія пераносяцца камарамі, асабліва малярыя, - смяротная пошасць. У цэлым у свеце малярыя штогод забівае больш за 400 000 чалавек. Каб скараціць распаўсюджванне, некаторыя навукоўцы прапануюць выкарыстоўваць супярэчлівую тэхналогію, званую генетычным прывадам.

Генны прывад - гэта інструмент геннай інжынерыі, прызначаны для распаўсюджвання пэўных генаў у розных відах. Хоць гэта не новая ідэя, дзякуючы CRISPR генетычныя рухавікі набліжаюцца да рэальнасці.

У дакуменце, апублікаваным у верасні 2018 года, навукоўцы з Імперскага каледжа Лондана паказалі, што генны прывад, зроблены разам з CRISPR, можа здушыць папуляцыю гамабій Anopheles - тыпу камара, які пераносіць малярыю ў Афрыку на поўдзень ад Сахары.

Даследчыкі выкарыстоўвалі CRISPR для таго, каб змяніць так званы ген дуплекс, які адказвае за развіццё жанчыны. Калі камары атрымалі ў спадчыну дзве копіі гэтага мадыфікаванага гена, яны не маглі кусаць і адкладаць яйкі. Даследчыкі пратэставалі разбуральных камароў у клетках і высветлілі, што пасля васьмі пакаленняў не засталося нармальных самак, каб мы размножыліся, а папуляцыя вымерла.

Пакуль лабараторыі не выпушчаны генаў. Існуе верагоднасць, што генетычныя змены, прызначаныя для падзення папуляцыі, могуць мутаваць і перадаваць выгадную рысу. Але гэта даследаванне паказала, што генны прывад перадаваў генетычную мадыфікацыю амаль у 100 адсоткаў часу, пазбягаючы рэзістэнтнасці.

Раней у гэтым годзе лідары ​​Афрыканскага саюза падтрымалі даследаванні гена ў галіне барацьбы з малярыяй у сваіх краінах, але ўсё яшчэ могуць прайсці гады, пакуль тэхналогія не будзе праверана ў дзікай прыродзе.