Многие заболевания возникают в результате изменения ДНК человека — буквенного кода, из которого состоят гены. Определенный порядок букв в гене обычно кодирует белок. Белки — это рабочая сила нашего тела, которая отвечает почти за все процессы, необходимые для нашей работы.
Когда ген изменен, его белковый продукт может потерять свою нормальную функцию, что может привести к нарушениям. «Поэтому сайт-специфические изменения в геноме — интересный подход к предотвращению или лечению этих заболеваний», — говорит профессор Эммануэль Шарпантье, руководитель исследовательского отдела HZI «Регулирование биологии инфекций». В связи с этим с момента открытия структуры ДНК исследователи искали способ изменить генетический код.Первые методы, такие как нуклеазы цинковых пальцев и синтетические нуклеазы под названием TALEN, были отправной точкой, но оказались дорогими и сложными для новичка. «Существующие технологии зависят от белков, поскольку адресные метки и настройка новых белков для любых новых изменений, вносимых в ДНК, — трудоемкий процесс», — говорит Шарпантье. В 2012 году, работая в Университете Умео, она описала то, что сейчас производит революцию в генной инженерии: систему CRISPR-Cas9.
Он основан на иммунной системе бактерий и архей, но также имеет ценность в лабораторных условиях. CRISPR — это сокращение от Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats, тогда как Cas просто означает белок, связанный с CRISPR. «Первоначально мы идентифицировали новую РНК, а именно tracrRNA, связанную с системой CRISPR-Cas9, которую мы опубликовали в 2011 году в журнале Nature. Мы были взволнованы, когда Кшиштоф Хилински из моей лаборатории впоследствии подтвердил долгосрочное мышление: Cas9 — это фермент, который функционирует с две РНК », — говорит Шарпантье.
Вместе система способна обнаруживать определенные последовательности букв в генетическом коде и разрезать ДНК в определенной точке. В этом процессе белок Cas9 действует как ножницы, а фрагмент РНК — как адресная метка, гарантируя, что разрез происходит в нужном месте.
В сотрудничестве с Мартином Джинеком и Дженнифер Дудна систему можно было упростить, чтобы использовать ее как универсальную технологию. Теперь пользователю просто нужно будет заменить последовательность этой РНК, чтобы нацелить практически любую последовательность в геноме.После описания общих возможностей CRISPR-Cas9 в 2012 году в начале 2013 года было показано, что он работает в клетках человека так же эффективно, как и в бактериях.
С тех пор вокруг этой темы возникла настоящая шумиха, и исследователи со всего мира предложили новые области, в которых можно использовать новый инструмент. Возможные области применения простираются от разработки новых методов лечения генетических нарушений, вызванных мутациями генов, до изменения темпа и курса сельскохозяйственных исследований в будущем, вплоть до возможного нового метода борьбы с вирусом СПИДа ВИЧ.
«Система CRISPR-Cas9 уже вышла за границы и сделала генную инженерию намного более универсальной, эффективной и простой», — говорит Шарпантье. «В приложениях действительно нет предела».