Ученые успешно генетически модифицировали отдельные клетки живых животных

Исследователи из ETH Zurich разработали принципиально новый метод с использованием генных ножниц CRISPR-Cas, позволяющий производить множественные генные изменения в клетках одного животного. Эта новая методика, впервые успешно примененная на взрослых мышах, значительно упростит и ускорит проведение исследований с использованием лабораторных животных.

Проблема изучения нескольких генов

Выяснение генетического происхождения заболеваний может оказаться непростой задачей, поскольку многие болезни определяются несколькими генами. Это усложняет задачу ученых, пытающихся определить вклад какого-либо одного гена в развитие конкретного заболевания. Традиционно исследователям приходится проводить множество экспериментов на животных, каждый из которых направлен на модификацию разных генов.

Революционный подход

Под руководством Рэндалла Платта, профессора биологической инженерии ETH Zurich, группа исследователей использовала генные ножницы CRISPR-Cas для одновременного внесения нескольких десятков генных изменений в клетки одного животного. Хотя в каждой клетке изменяется только один ген, разные клетки в пределах органа изменяются по-разному. Это позволяет проводить точный анализ отдельных клеток и изучать последствия изменения нескольких генов в рамках одного эксперимента.

Успешное применение на взрослых мышах

В недавнем отчете, опубликованном в журнале Nature, исследователи ETH Zurich сообщили об успешном применении этого подхода на живых животных, в частности на взрослых мышах. В предыдущих исследованиях подобные результаты были получены только на клетках в культуре или эмбрионах животных.

Использование стратегии доставки адено-ассоциированного вируса (AAV)

Для модификации клеток мышей исследователи использовали адено-ассоциированный вирус (AAV) в качестве стратегии доставки. AAV может быть направлен на любой орган и был подготовлен таким образом, чтобы каждая вирусная частица несла информацию о разрушении определенного гена. Мыши были заражены смесью вирусов, несущих различные инструкции по уничтожению генов, что позволило исследователям выключать различные гены в клетках одного органа. В данном исследовании ученые сосредоточились на мозге.

Открытие новых ключей к редкому генетическому заболеванию

Проведя исследование на мышах, ученые из ETH Zurich совместно с коллегами из Женевского университета получили новые сведения о редком генетическом заболевании, известном как синдром делеции 22q11.2. Этот синдром характеризуется различными симптомами, которые часто ошибочно диагностируются как другие заболевания, такие как шизофрения и расстройства аутистического спектра. Хотя ранее было известно, что за это заболевание отвечает хромосомный участок, содержащий 106 генов, конкретная роль каждого из них была неизвестна.

Выявление ключевых генов и дисфункции в клетках головного мозга

В своем исследовании ученые сосредоточили внимание на 29 генах этого хромосомного региона, которые активны в мозге мыши. Они модифицировали один из этих 29 генов в каждой отдельной клетке мозга мыши и затем проанализировали профили РНК этих клеток. В результате анализа были выявлены три гена, которые в значительной степени ответственны за дисфункцию клеток мозга, связанную с этим расстройством. Исследователи также обнаружили в клетках мышей закономерности, напоминающие шизофрению и расстройства аутистического спектра. Если один из трех генов был уже известен, то два других ранее не привлекали особого внимания ученых.

Это новаторское исследование открывает новые возможности для понимания и изучения сложных заболеваний с множеством генетических факторов. Оно позволяет ученым добиться значительного прогресса в определении специфической роли каждого гена в различных заболеваниях, что в конечном итоге приведет к улучшению диагностики и методов лечения.