Смогут ли японские технологии редактирования генома догнать США и Китай?

Японская исследовательская группа нашла способ улучшить редактирование генома, но сложные правила не позволяют японской технологии достичь клинической стадии.

Опубликовано

на

К

Технология редактирования генома может изменить геном организма, и ее применение в генной терапии весьма ожидаемо. Клинические испытания набирают обороты, прежде всего в США и Китае, но Япония отстает. Некоторые исследователи, например, из Университета Кюсю, начали решать проблемы основного инструмента редактирования CRISPR-Cas9. Хотя эти японские технологии значительно повысили точность модификации генов, некоторые проблемы все еще требуют решения.

Геном состоит из длинной цепи четырех типов оснований, известных как аденин, тимин, цитозин и гуанин. Последовательность этих оснований называется дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК), которая представляет собой «предложение» генетической информации.

При генетической модификации выбор места в ДНК будет вставлен на усмотрение случая. Но благодаря редактированию генома, которое меняет порядок оснований, можно выбрать место генетического изменения. Это самая большая разница между ними.

Точность редактирования генома была низкой до тех пор, пока Дженнифер Дудна из США и Эммануэль Шарпантье из Франции не изобрели CRISPR-Cas9 в 2012 году. Он состоит из направляющего вещества, которое находит целевую последовательность оснований на ДНК, и фермента Cas9, который действует как ножницы, чтобы разрезать ДНК.

CRISPR-Cas9 продвинул редактирование генома так, как ни одна другая технология. По сравнению с предыдущей технологией установка цели с помощью направляющего вещества значительно проще. Cas9 также прост в использовании и обладает высокой режущей способностью.

И Дудна, и Шарпантье получили Нобелевскую премию по химии 2020 года за значительные достижения в области биологических исследований. Ожидания растут в области применения в области медицины, например, в генной терапии для коррекции генетических мутаций, вызывающих заболевания. Использование продуктов с отредактированным геномом и улучшенными питательными компонентами также продвигается в Японии и за рубежом.

Однако серьезной проблемой CRISPR-Cas9 является явление, известное как «эффект нецелевого действия», при котором фермент Cas9 выходит за пределы целевой области.

Это не проблема, если можно выбрать результаты, в которых как мишень была успешно модифицирована, так и модификация признана безопасной, как в случае с пищевыми продуктами с отредактированным геномом. Однако, когда невозможно сделать выбор постфактум, например, в генной терапии, генетическое редактирование может вызвать серьезные побочные эффекты, такие как неожиданные генетические особенности.

Генная терапия с использованием CRISPR-Cas9 проходит клинические испытания по всему миру. Однако существуют опасения по поводу риска трансформации раковых клеток в результате нецелевого разрезания. Более того, клетки могут погибнуть в результате разрушения генетической информации, необходимой для выживания. Поэтому решение проблемы нецелевых результатов стало актуальной задачей, и с этой целью во всем мире проводятся исследования.

Большая часть этих исследований направлена ​​на повышение точности фермента, тем самым предотвращая попадание «шальной пули» в другие области. Но ни один из них не дал убедительных результатов.

Именно тогда исследовательская группа из Университета Кюсю и других специалистов взялась за задачу, используя совершенно иную концепцию, чем у ее глобальных конкурентов.

По мнению исследовательской группы, отклонение от цели вызвано чрезмерной силой фермента при разрезании ДНК, а не недостаточной точностью попадания в цель. Основываясь на этом предположении, они искали способы снизить режущую силу Cas9.

Они обнаружили, что добавление основания под названием цитозин к направляющему веществу снижает связывание Cas9 с ДНК, тем самым снижая ее силу разрезания. Чем больше было цитозинов, тем меньше оно будет сокращаться. Но слишком сильное ограничение его режущей силы также помешает ему разрезать цель. Поэтому они повторяли эксперимент, пока не нашли оптимальное количество цитозинов.