Во главе с исследователем из Гладстона Брюсом Конклином, доктором медицины, исследовательская группа описывает в последнем выпуске журнала Nature Methods, как они решили одну из самых насущных проблем науки и медицины: как эффективно и точно выявлять редкие генетические мутации, вызывающие заболевания, а также как их исправить. Этот новаторский метод подчеркивает тип нестандартного мышления, который часто имеет решающее значение для научного успеха.«Достижения в области генетики человека привели к открытию сотен генетических изменений, связанных с болезнями, но до сих пор у нас не было эффективных средств их изучения», — пояснил доктор Конклин. «Чтобы справиться с этой задачей, мы должны иметь возможность создавать человеческий геном, по букве за раз, с помощью эффективных, надежных и точных инструментов. Именно это и делает метод, который мы описываем в нашем исследовании».
Одна из основных проблем, мешающих исследователям эффективно генерировать и изучать эти генетические заболевания, заключается в том, что они могут существовать с частотой всего 1%, что делает задачу их поиска и изучения трудоемкой.«Чтобы наш метод работал, нам нужно было найти способ эффективно идентифицировать единственную мутацию среди сотен нормальных, здоровых клеток», — пояснил научный сотрудник Gladstone Research Юичиро Мияока, доктор философии, ведущий автор статьи. «Поэтому мы разработали специальный флуоресцентный зонд, который бы отличал мутировавшую последовательность от исходных последовательностей. Затем мы смогли отсортировать оба набора последовательностей и обнаружить мутантные клетки — даже если они составляли всего лишь одну на каждую тысячу клеток. Это уровень чувствительности более чем в сто раз выше, чем у традиционных методов ».
Затем команда применила эти новые методы к индуцированным плюрипотентным стволовым клеткам или iPS-клеткам. Эти клетки, полученные из клеток кожи пациентов-людей, имеют тот же генетический состав, включая любые потенциально вызывающие болезнь мутации, что и сам пациент. В этом случае исследовательская группа сначала использовала высокоразвитую технику редактирования генов, называемую TALEN, чтобы внести в геном конкретную мутацию.
Некоторые методы редактирования генов, хотя и эффективны для модификации генетического кода, включают использование генетических маркеров, которые затем оставляют «шрам» на недавно отредактированном геноме. Эти шрамы могут затем повлиять на последующие поколения клеток, усложняя будущий анализ. Несмотря на то, что TALEN и другие аналогичные продвинутые инструменты могут делать чистые, безупречные однобуквенные правки, эти правки очень редки, поэтому необходима новая техника из лаборатории Конклина.
«Наш метод обеспечивает новый способ захвата и усиления определенных мутаций, которые обычно чрезвычайно редки», — сказал д-р Конклин. «Наш высокоэффективный и точный метод вполне может стать основой для следующего этапа исследований в области генетики человека».«Теперь, когда мощные инструменты редактирования генов, такие как TALEN, легко доступны, следующим шагом будет оптимизация их внедрения в исследования стволовых клеток», — сказал Дирк Хокемейер, доктор философии, доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета. Беркли, который не участвовал в этом исследовании. «Этот процесс значительно облегчит метод, описанный доктором Конклином и его коллегами».
«Некоторые из самых разрушительных заболеваний, с которыми мы сталкиваемся, вызваны мельчайшими генетическими изменениями», — добавил доктор Конклин. «Но мы надеемся, что наша методика, обрабатывающая геном человека как строки компьютерного кода, однажды может быть использована для обращения вспять этих вредных мутаций и, по сути, восстановления поврежденного кода».