CRISPR/Cas9: революционные генетические ножницы и нобелевская премия

В природе всегда были хищники и добыча. В микроскопическом мире бактерий хищники или, захватчики, представлены бактериофагами. Бактериофаги – это вирусы, которые атакуют бактерии и вводят свой генетический материал, чтобы начать репликацию.

Для защиты от нежелательных атак бактерии разработали гениальную систему: чрезвычайно точные «молекулярные ножницы» разрезают ДНК захватчика и инактивируют ее, тем самым предотвращая заражение.

Кроме того, благодаря системе CRISPR / Cas9 бактерии генетически запоминают уже произошедшие инфекции, что позволяет им быстро реагировать на повторное столкновение с патогеном и передавать этот опыт своему потомству.

CRISPR / Cas9 (иногда называемый просто CRISPR) - это комплекс, состоящий из двух частей, которые вместе определяют место разреза на целевой ДНК и разрезают его.

В частности:

• CRISPR участвует в распознавании разрезаемых последовательностей. Это распознавание специфично и происходит благодаря специальной молекуле РНК, называемой направляющей РНК (последовательность которой комплементарна последовательности участка ДНК, который нужно разрезать). Направляющую РНК можно легко изменить в лаборатории. Как следует из названия, направляющая РНК ориентирует Cas9, другой компонент комплекса, указывая, где сделать разрез.
• Cas (далее следует цифра, обычно 9) — это нуклеаза, то есть фермент, который разрезает ДНК и отвечает за разрезание целевой молекулы. После связывания с Cas9 направляющая РНК действует как якорь, останавливая Cas9 на указанной последовательности ДНК. Cas9, название которого расшифровывается как CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats — короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами, прим. ред.), вводит двойной разрыв спирали ДНК в выбранном месте и может быть запрограммирован на внесение определенных изменений в геном клетки.

После разрезания ДНК может быть скорректирована естественными механизмами восстановления клетки; альтернативно, с помощью соответствующих мер можно удалить вредоносные последовательности ДНК из целевого генома или заменить их, например, путем исправления мутаций, которые вызывают заболевания.

Так почему же CRISPR / Cas9 является революционной техникой? Почему она получила Нобелевскую премию? Каков ее потенциал? Мы спросили доктора Анджело Ломбардо, руководителя исследовательской группы эпигенетической регуляции и целевого редактирования генома при Научно-Исследовательском Клиническом Институте Ospedale San Raffaele и исследователя в Университете Vita-Salute San Raffaele University (UniSR).

CRISPR / Cas9 - очень универсальная система редактирования генов. Комплекс CRISPR / Cas9 вызывает разрыв двойной спирали ДНК, тем самым активируя высококонсервативные процессы репарации, которые в конечном итоге могут привести к инактивации целевого гена.

Эти процессы также могут быть использованы для внесения новой генетической информации в необходимое место или для изменения генетической мутации. После модификации CRISPR / Cas9 также можно использовать для выделения факторов ДНК, которые активируют или ингибируют генетическую экспрессию.

Появление CRISPR / Cas9 произвело революцию в биомедицинских исследованиях, сделав редактирование генов быстрой и простой процедурой. С клинической точки зрения, точность этой новой формы молекулярной медицины открывает интересные перспективы для лечения многих заболеваний.

Наконец, Нобелевской премией был удостоен долгий и плодотворный исследовательский путь, который завершился молекулярной характеристикой механизма действия CRISPR / Cas9 и первыми демонстрациями возможного использования для целевого редактирования генов.

Система CRISPR / Cas9 чрезвычайно универсальна и проста в использовании, что делает ее идеальной для применения во многих сферах. Они варьируются от биомедицинских исследований до терапии и диагностики, от создания моделей болезней животных до целевой модификации генов в агрономии и зоологии.

До CRISPR / Cas9 были другие системы целевого редактирования генома. Среди наиболее эффективных стоит упомянуть нуклеазы цинковых пальцев (zinc finger nucleases / ZFN – прим. ред.) и TALEN – две системы генетического редактирования, которые все еще используются и уже применяются в нашей клинике.

В отличие от CRISPR / Cas9, ZFN и TALEN более сложны и поэтому менее распространены. Однако их использование во многом совпадает с использованием CRISPR / Cas9. Десятилетние исследования и клинический опыт, накопленный с ZFN и TALEN, позволили быстро разработать CRISPR / Cas9.