Редактируем зародыш человека

ДНК (слева) и белковый комплекс ее редактирования. Иллюстрация Physorg

Конрад Рентген в конце XIX века и Фрэнсис Крик с Джеймсом Уотсоном в середине века ХХ и не предполагали, какую перспективу технологического прогресса приносят их открытия. Начать можно с того, что с помощью рентгеновского анализа была установлена структура вещества генов (знаменитая двойная спираль из цепочек вещества наследственности, ДНК). Это привело к рождению не созерцательной, а «программируемой» биологии.

В Калифорнийском университете Санта-Барбары из спиралей синтезированной ДНК сделали нанотрубки, к которым подсоединили серебряные гроздья-кластеры из 44 атомов благородного металла, расположенные на расстоянии 7 нанометров друг от друга. Работа опубликована в журнале ACS Nano. (Напомним, нанометр – это одна миллиардная часть метра, 10–9 м.) Кластеры поглощают свет в широком диапазоне волн, что позволяет использовать их в нанофотонике и солнечных батареях.

Но важнее то, что цвет их излучения зависит от последовательности «букв» генетического кода (а последовательности можно создать под разные задачи). Важно и то, что после поглощения фотонов в кластерах, через несколько пикосекунд (10–12 с) происходит разделение положительных и отрицательных зарядов. Это открывает перспективы создания светящихся сенсоров для выявления ртути, нуклеиновых кислот вирусов и бактерий.

ДНК метилируется – присоединяет метильные группы –СН3, которые «замалчивают» активность генов. Молекулярная биология утверждала, что у однояйцовых близнецов ДНК одинакова, в результате чего у них успешны пересадки органов и тканей. Однако сходство близнецовой ДНК не такое уж и полное, о чем сообщает журнал Analytical Biochemistry. Выяснилось, что чем старше близнецы, тем больше в их геноме накапливается метильных отличий. Это проявляется в скорости разрыва водородных связей между цепями ДНК под действием температуры. Разрыв цепей необходим для исправления участков ДНК-повреждения, рекомбинации кусочков хромосом и т.д. Весь этот молекулярный багаж используется теперь для манипулирования нуклеиновыми кислотами в клетках.

Недавно мир взбудоражило решение британского парламента, который разрешил использовать для рождения здорового ребенка ДНК второй женщины. Сотрудники Калифорнийского университета в городе Ла-Джолла предложили устранять мутации редактированием ДНК с помощью специального протеинового комплекса. Другими словами, подвергая адресной «атаке» мутантный участок и заменяя его на нормальную последовательность нуклеотидов. Пока метод опробован на мышах с нейродегенеративными заболеваниями.

В университете Сунь Ятсена китайского Гуанчжоу использовали более простую, чем в Ла-Джолле, технологию для первого в мире редактирования зародыша человека. Это вызвало волну негодования и этического осуждения в научном сообществе. Редакции журналов Nature и Science отклонили статью ученых, использовавших нежизнеспособные эмбрионы. Поэтому китайцы опубликовали ее в онлайновом издании Protein&Cell. В статье описано исправление гена цепи гемоглобина, мутация в котором приводит к талассемии. При этом наследственном заболевании снижается синтез полипептидных цепей, входящих в структуру нормального гемоглобина. Низкий КПД манипуляции – из 86 зародышей успех был достигнут буквально в нескольких – показывает лишь потенциальную возможность и перспективность ДНК-редактирования для лечения людей и животных.

Но ученые сталкиваются с необходимостью провести анализ на молекулярном уровне. Поэтому биоинженеры разработали два миниатюрных устройства, позволяющие оценивать реакцию опухолевых клеток на те или иные лекарства непосредственно в… опухоли (Science Translational Medicine). Одно из них представляет собой цилиндр с 16 лунками-колодцами, вводимый в опухолевую массу с помощью иглы. Через некоторое время цилиндр вместе с клеточным окружением удаляется, что дает возможность оценить действие разных лекарств на раковые клетки. Другой девайс имеет шесть игл, через которые в опухоль вводят лечебные препараты, что позволяет оценить реакцию клеток на них.

С помощью этих устройств проводится более точный анализ, что недостижимо при использовании клеточных культур и других подходов. Важно и то, что устройства оценивают системный ответ организма и дают лучший прогноз развития опухоли, а также возможность персонифицированных антираковых терапий.