Выбор фона:
/ Новости сайта / Наука и Технологии / Во что генная инженерия превратит человечество
13.12.2016

Во что генная инженерия превратит человечество

Оценка: 0.0    2305 6 Наука и Технологии
10:46
Генная инженерия открывает перед человечеством возможности по созданию несуществующих ранее организмов и уничтожению генетических болезней. Однако все не так радужно, поскольку даже прорывная технология CRISPR/Cas9 работает далеко не идеально. Допускаемые ею ошибки могут быть редкими, но и одной достаточно, чтобы стать фатальной для человека.

Система CRISPR/Cas9 — своеобразные ДНК-ножницы — по праву считается революцией в области генной инженерии. С ее помощью ученые могут редактировать человеческий геном, убирая из него вредные мутации, и лечить таким образом неприятные и смертоносные наследственные болезни. Не следует думать, однако, что раньше подобных методов не было. В арсенале у генетиков имелись, например, нуклеазы, содержащие цинковые «пальцы», и эндонуклеазы — ферменты, разрывающие молекулы ДНК в специфичных местах. В точности, универсальности и стоимости они ощутимо проигрывают CRISPR/Cas9, хотя и последняя далеко не совершенна.

CRISPR/Cas9 была изначально создана не учеными, а природой. Это молекулярный механизм, существующий внутри бактерий и позволяющий им бороться с бактериофагами и другими паразитами. Фактически он работает как иммунитет против инфекции. CRISPR (расшифровывается как «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами») — это особые участки (локусы) ДНК. В них содержатся короткие фрагменты ДНК-вирусов, которые когда-то заражали предков существующих ныне бактерий, но были побеждены их внутренней защитой. Эти фрагменты называются спейсерами, они отделены друг от друга повторяющимися последовательностями.

Когда бактериофаг проникает внутрь бактерии, каждая повторяющаяся последовательность и примыкающий к ней спейсер используются в качестве шаблона для синтеза молекул, называемых crРНК. Образуется множество различных цепочек РНК, они связываются с белком Cas9, задача которого крайне проста: разрезать ДНК вируса. Однако сделать это он сможет только после того, как crРНК найдет комплементарный ей фрагмент вирусной ДНК. После того как Cas9 разрывает чужеродную нуклеиновую кислоту, последняя уничтожается до конца другими нуклеазами.

СRISPR/Cas9 хороша именно своей точностью, ведь для бактерий правильная работа иммунитета — вопрос жизни и смерти. «Антивирусной» системе нужно найти участок вирусной ДНК среди миллиона других и, главное, не спутать его со своим собственным геномом. За миллионы лет эволюции бактерии довели этот механизм до совершенства. Поэтому сразу после того, как ученые выяснили, зачем нужна CRISPR-система, они поняли, что ее можно «приручить» в качестве беспрецедентно точного инструмента редактирования генов.

Чтобы произвести замену одного специфического участка в геноме на другой, необходимо синтезировать направляющую РНК, которая по принципу действия аналогична crРНК. Она указывает Cas9, где необходимо произвести двуцепочечный разрыв в ДНК модифицируемого организма. Однако нам нужно не испортить ген, а модифицировать его — например, заменить один или несколько нуклеотидов и убрать зловредную мутацию. Тут на помощь опять приходит природа. Естественные механизмы репарации тут же начинают восстанавливать перерезанную цепочку. Фокус в том, что для этого удаляются некоторые фрагменты РНК рядом с разрывом, после чего туда вставляются похожие последовательности. Ученые могут заменить их собственными последовательностями ДНК и таким образом модифицировать геном.
 

Схематическое изображение CRISPR
 


Однако нет ничего идеального. Несмотря на относительную точность, CRISPR-система иногда делает ошибки. Одна из причин лежит в самой природе системы. Бактерии невыгодно, чтобы crРНК совпадали на 100 процентов с фрагментом вирусной ДНК, который может отличаться на один-два нуклеотида. Для нее лучше, чтобы некоторые нуклеотиды могли отличаться, что дает микроорганизму больше шансов побороть инфекцию. В то же время в генной инженерии невысокая специфичность грозит ошибками: изменения могут быть внесены не там, где нужно. Если это произойдет в ходе экспериментов на мышах, то трагедии особой нет, но редактирование генома человека может обернуться катастрофой.

Этим объясняется озабоченность западных ученых экспериментами, которые проводятся в Китае. Азиатские исследователи прибегли к генным модификациям человеческих эмбрионов с помощью технологии CRISPR. Подобные опыты были запрещены в Европе и США, но недавно Великобритания разрешила их — исключительно в исследовательских целях. Такие эмбрионы должны будут уничтожаться через пару недель после получения, что исключает «выведение» ГМ-людей.

Однако CRISPR/Cas9 не была бы такой замечательной, если бы ее невозможно было усовершенствовать. Так, ученые научили Cas9 разрезать не две цепочки сразу, а только одну. Разрез вносится в двух различных местах ДНК-последовательности на разных цепях, поэтому система должна уметь распознавать в два раза больше нуклеотидов, чем обычно, что делает ее более точной.
 

Белок Cas и crРНК
 


Ученые из университета Западного Онтарио нашли еще один способ усовершенствовать эту технологию. Они пытались решить проблему репарации разрезанной ДНК. Быстрое восстановление нуклеиновой цепочки приводит к тому, что ученые не успевают внести в геном свои исправления. Таким образом создается порочный круг: отремонтированную нежелательным образом цепочку вновь приходится разрезать белком Cas9.

Чтобы предотвратить такую ситуацию, исследователи модифицировали «белковые ножницы», создав белок TevCas9. Он разрезает цепочку ДНК в двух местах, что затрудняет восстановление участка. Для синтеза нового фермента к Cas 9 присоединили фермент I-Tevl, который также является эндонуклеазой, то есть белком, расщепляющим молекулу ДНК в середине, а не отщепляющим концы последовательности, как это делают экзонуклеазы. Полученный гибридный белок оказался более точен в связывании со специфичными участками и с меньшей вероятностью может ошибиться и разрезать не тот участок.
 

Кристаллическая структура Cas9, связанного с ДНК
 

Повышать точность CRISPR-систем можно и другим способом. «Гонка вооружений» между бактериями и вирусами привела не только к развитию защитных систем у микроорганизмов, но и способов их обезвреживания. Так, бактериофаги быстро мутируют, лишаясь участков, по которым бактериальный иммунитет их распознает. Однако некоторые кодируют анти-CRISPR-белки, мешая работе комплекса crРНК и Cas9.

8 декабря в журнале Cell была опубликована статья ученых из Торонтского университета, которые создали «анти-CRISPR» — систему, которая позволяет выключить механизм при определенных условиях. Она позволяет предотвратить нежелательные ошибки, подавляя активность Cas9 в том случае, если направляющая РНК свяжется не с тем фрагментом. «Анти-CRISPR» состоит из трех белков, которые ингибируют нуклеазу и кодируются генами одного из бактериальных вирусов.

Уже сейчас технологию CRISPR используют для лечения таких серьезных заболеваний, как лейкоз и рак легких, а также испытывают для очистки иммунных клеток от ВИЧ. По мере того как ученые находят все новые способы совершенствования этого метода, будет открываться все больше возможностей его применения.

 
Источник:  https://lenta.ru

Поделитесь в социальных сетях

Комментарии 6

0  
Анубис 14.12.2016 12:05 [Материал]
Кому как, вот мне всегда жаль потраченного времени на поиск, приготовление и употребление пищи...
0  
Анубис 14.12.2016 09:25 [Материал]
Поменять подход к проблеме питания и НАКОНЕЦ!!! разобраться, зачем человеку употреблять калории и что это такое... Если калория это теплотворность, то в принципе это производное работы, а если люди едят работу, что бы работать, то здесь явно спряталась системная ошибка... smile
Или, как всегда, нам не рассказали о нас ПРАВДУ...
0  
chemolog 13.12.2016 21:35 [Материал]
Микроорганизмы даже космические корабли разрушают. Новый суперсапиенс представляет для бактерий и вирусов большой интерес.
-2  
Silat 13.12.2016 18:59 [Материал]
Желание определенных человеческих (а может НЕ-человеческих) представителей лазить своими ручонками шаловливыми в нечто, что можно назвать святая святых Природы - известно давно. Но особо эта проявилось в начале двадцатого века (помните профессора Преображенского прототип Павлова и Бехтерева?). И что с этим поделать? ... Ну не хотят некоторые двуногие, одаренные разумом скажем пахать землю, растить хлеб, заниматься сдоводством или животноводством. Ему гадюке дай атом расщепить или коллайдер построить. Запретный плод - он конечно всегда сладок, только ведь уже наелись этих плодов до несварения - да все мало. У таких существ ум устроен иррационально. А живая душа наверное отсутствует. В противном случае относились бы к Природе, и своей и окружающей, ПО-ЧЕЛОВЕЧЕСКИ.
+1  
Анубис 13.12.2016 16:26 [Материал]
Что, сейчас мало таких вот по клавишам стучит??? Половина так точно...
+1  
Аллорет 13.12.2016 11:46 [Материал]
Когда-то давно была у меня книжка предсказаний, было это в начале 90-х, когда такие книжонки выпускались конвейерным методом. Так вот, были там строки, которые живо вспомнились при чтении этой статьи:

Играя в богов, люди будут думать
Что создали нечто прекрасное,
Но в гордыне их Бог накажет сотворивших,
Обернув творения против них самих,
Превратив ангелов в демонов,
И посеяв ужас в сердцах людских.

Я, скажем так, человек не сильно верующий. Но ещё тогда мне эти слова запали в память. Люди пока не готовы к подобному, зуб даю, разработки пойдут в военную сферу, если уже не пошли. Кто знает, может, в далеком будущем это будет возможно без жертв, но сейчас люди слишком привязаны к деньгам и корпорациям. Так что кто знает, куда и в какой ад могут эти исследования вывести. Может, насоздают такое. что зомби из фильмов нам покажутся сладким пряничком в сравнении.
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Похожие материалы

ТОП Новостей
Материалов за сегодня нет.
Разговоры у камина
Календарь
Последние комментарии
Илон Маск представил робота Optimus
Показухой пахнет. Японцев напрягли видимо. У них таких "роботов" 10 уен ведро уже стОит. (от renmilk11)
Созданы генетически модифицированные комары которые вводят людям вакцину через укус
Не ну опять же - побочных эффектов за 2 дня не выявлено renmilk11)