российская медицинская академия
непрерывного профессионального образования

То, что открытие метода редактирования генома CRISPR/Cas9 рано или поздно будет отмечено Нобелевской премией, ни у кого не вызывало сомнений. Всего за 8 лет с момента этого открытия CRISPR/Cas9 стал технологией, которую активно исследуют, совершенствуют и применяют для решения самых сложных медицинских (и не только) проблем. 

Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье / © Reuters

Что собой представляет CRISPR/Cas9

Технология редактирования генома CRISPR-Cas9, которая получила название «генетические ножницы», была открыта в 2011 году французским исследователем Эммануэль Шарпантье. Она изучала бактерии Streptococcus pyogenes, которые в качестве инструмента иммунологической защиты организма используют молекулу tracrRNA. Благодаря системе этой защиты бактерия способна обезвреживать вирусы, расщепляя их ДНК. 

После начала совместной работы с биохимиком Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли, ученые наконец научились использовать CRISPR-Cas9 так, чтобы инструмент мог разрезать ДНК любых других организмов, создавая возможность вносить в нее нужные изменения. 

CRISPR/Cas как инструмент лечения серповидноклеточной анемии

Серповидноклеточная анемия — наследственное заболевание, при котором в эритроцитах образуется мутантный гемоглобин S. По сравнению с обычным гемоглобином A он хуже переносит кислород. Свое название заболевание получило из-за деформированных эритроцитов – по форме они напоминают серп. 

В 2019 году компании Vertex и CRISPR Therapeutics начали клинические испытания редактирования генома стволовых клеток крови для борьбы с тяжелой формой серповидноклеточной анемии. С помощью CRISPR/Cas9 ученые исправляли мутантную версию гена гемоглобина в стволовых клетках крови пациента и вновь возвращали их в организм. Исследование завершится только в 2022 году, но пока результаты выглядят очень обнадеживающе: состояние пациентки, получившей CRISPR-лечение, значительно улучшилось. 

Сегодня, основываясь на применении технологии CRISPR/Cas, ученые пытаются разработать способы лечения и других наследственных болезней крови. 

CRISPR/Cas против рака

В том же 2019 году американские ученые объявили о получении промежуточных результатов работы по использованию CRISPR/Cas9 для борьбы с раком. 

Исследователи выделяли из крови пациентов иммунные клетки – Т-лимфоциты. Затем ученые редактировали их с помощью CRISPR/Cas9 таким образом, чтобы они эффективнее распознавали белок, специфически формирующийся в некоторых раковых клетках. Через некоторое время модифицированные с помощью CRISPR Т-лимфоциты переливались пациентам.

В испытании метода приняли участие три человека: двое со множественной миеломой и один – с саркомой. Они получили разовую инъекцию отредактированных клеток после короткого курса химиотерапии. T-лимфоциты прижились и размножились в их организме. И что немаловажно, у них отсутствовали побочные эффекты. Насколько этот метод эффективен в борьбе с болезнью, покажет время, но то, что это перспективное направление в онкологии, понятно уже сейчас. 

CRISPR для обнаружения вирусов

CRISPR-технология может применяться не только для лечения заболеваний, но и для их диагностики. Исследователи из Института Броуда разработали диагностический метод на основе CRISPR с использованием микрогидродинамических чипов. Один чип способен обнаруживать единичный вирус в более чем 1000 образцов одновременно или найти более 160 различных вирусов в меньшем количестве образцов. 

В основе этого метода лежит способность фермента Cas13a (другого белка из семейства Cas) находить вирусы и вносить в их РНК разрывы. В образец для анализа вводится также посторонняя РНК, связанная с флуоресцентной меткой. Метка начинает светиться только тогда, когда молекула РНК, к которой она привязана, разрушается. Если в образце есть вирус, фермент его найдет и расщепит, а кроме того, он расщепит все молекулы одноцепочечной РНК, с которыми встретится. В результате смесь начнет светиться. Примечательно, что этот метод диагностики применим и к SARS-CoV-2. 

CRISPR/Cas9 и будущее

В 2018 году научное сообщество потрясла новость о том, что китайский ученый Хэ Цзянькуй использовал CRISPR/Cas9 на эмбрионах. Они были подсажены матери с помощью метода экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), и в результате родились девочки-близнецы. Хотя намерения ученого были благими (он пытался таким образом отредактировать геном детей, чтобы они не были подвержены заражению ВИЧ), ни научное сообщество, ни мировая общественность, ни китайские власти не оценили их. Хэ Цзянькуй получил три года тюрьмы и штраф.

К позитивным последствиям этого эксперимента можно отнести новые дискуссии относительно допустимости подобных исследований. Те этические вопросы, которые до смелого эксперимента оставались лишь теоретическими, после него стали действительно прикладными. 

И это лишь некоторые сферы применения технологии редактирования генома, отмеченной Нобелевской премией. Безусловно, в будущем CRISPR/Cas займет еще более прочное положение в научных исследованиях и в жизни общества.