Човешките гени се оказаха трудни за поправяне, Наука и живот

Дневникът е добавен в кошницата.

Оказа се, че човешките гени са трудни за коригиране

Поради разнообразието на човешкия геном, системата за редактиране CRISPR/Cas може да редактира много ненужни.

Техника за редактиране на геном, наречена CRISPR (или CRISPR/Cas), която се появи само преди няколко години, бързо спечели популярност сред генните инженери. Първоначално е открит като бактериална антивирусна защитна система.

Бактериите държат парчета вирусни гени в своя геном (тези последователности в бактериалната хромозома се наричат CRISPR) и когато в клетката се появи чужда ДНК, специални ензими (протеини от семейство Cas) я сравняват с вирусни проби - и ако има сходство, чуждото ДНК се изрязва и бракува.

По някое време биотехнолозите измислиха как да използват тази система за своите нужди. Бактериалните протеини, с които унищожават ДНК на вирусите, са адаптирани да работят в животинските клетки. Всъщност принципът на действие остава същият: протеинът търси място в клетъчните хромозоми, което трябва да бъде отрязано, а като "водач" на ензима се дава РНК молекула със същата нуклеотидна последователност, както в желания сайт . Сравнявайки РНК, която носи със себе си, с клетъчната ДНК, ензимът в крайна сметка намира правилното място в генома и го изрязва. Ако тук е имало мутация, тя ще изчезне - самите клетъчни системи за възстановяване на ДНК ще затворят получената дупка, така че вече няма да има мутация.

Проблемът е, че един и същ ген може да се различава от човек на човек. Както знаем, ДНК е последователност от четири различни нуклеотидни молекули, четири букви от генетичния код. По различни причини една от буквите може да се промени за друга, без да навреди на гена и клетката. Такива еднонуклеотидни замествания се случват постоянно и в резултат един и същ ген при двама различни хора кодира напълно здрав, функционален ензим, но последователността на самия ген се различава с една, две, три, няколко букви. И ако вземем достатъчно голяма група хора и анализираме техните геноми за всеки ген, ще открием много варианти в неговата последователност; има специално име за това - единичен нуклеотиден полиморфизъм.

Сега, не забравяйте, че системата за редактиране на генома търси мястото, което трябва да се редактира, използвайки специален шаблон (или ръководство) - РНК молекула. Той се синтезира така, че неговата последователност да съвпада с последователността в ДНК, където трябва да се направи прекъсването. Но шаблонната молекула е направена доста кратко, тя разпознава само малка част от редактирания ген. Но колкото по-къса е последователността на нуклеотидите, толкова по-вероятно е точно същата последователност да бъде намерена не само в желания ген, но и някъде другаде. Предвид богатството на единични нуклеотидни замествания в човешкия геном, изглежда вероятно точно това да се случи: машината CRISPR/Cas ще плава до напълно чужд ген, който поради заместването с единичен нуклеотид е станал подобен на такъв, който трябваше да служи на истинската цел.

В някои случаи шаблонът на РНК на редактиращия протеин се оказва наистина много точен - тоест, той се свързва само с гена, за който е синтезиран. Но в други случаи броят на грешките достига 10 000 - точно толкова точки в генома, в допълнение към необходимата, могат да бъдат редактирани от машината CRISPR/Cas. Освен това в този случай не говорим за боклук ДНК, която не кодира нищо, а за гени, кодиращи протеини.

Но методът CRISPR/Cas все още изглежда твърде удобен за просто вземане и отказване и най-вероятно биотехнолозите ще направят всичко възможно, за да подобрят точността му. И тук, първо, възможно е по-внимателно да се моделира последователността на шаблона за РНК; Скот и Джанг сами предложиха свой алгоритъм за подобряване на точността на системата за редактиране.

На второ място, ако ще приложите редактиране на геном на пациент, трябва да прочетете целия му геном и вече с пълна карта на генома в ръка, знаейки всичките му еднонуклеотидни замествания, изберете последователност за РНК молекула, която ще води редактиране на протеин до желания ген. CRISPR/Cas обаче скоро няма да бъде тестван върху хора - има твърде много за тестване върху молекули, клетки и животни.