Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
5 декабря 2016, понедельник, 05:29
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

19 августа 2014, 15:48

Редактирование талассемии

Wikimedia Commons

Генная терапия сделала шаг в направлении лечения β-талассемии и заболеваний, вызванных конкретной мутацией в единственном гене. Соответствующая работа опубликована в журнале Genome Research группой ученых из Калифорнии. Ученые получили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки из клеток пациента, отредактировали их геном и заставили дифференцироваться в клетки крови.

β-талассемия – генетическое заболевание крови, вызываемое мутациями в гене, кодирующем одну из частей гемоглобина. Когда мутации оказываются в обеих копиях гена, болезнь может протекать очень тяжело. Лечения как такового не существует, только переливания крови и пересадка костного мозга, если удастся найти донора. Медикаментозное лечение направлено на то, чтобы снизить токсичность свободного железа, которое у здоровых людей находится в связанном состоянии в молекуле гемоглобина.

Выживают больные с мутациями, из-за которых полностью прекращается синтез гемоглобина, благодаря эмбриональному гемоглобину – это другая, менее эффективная разновидность, которую кодирует другой ген. У здоровых людей ее уровень ее синтеза быстро падает после рождения, хотя и не до нуля.

Так как β-талассемия относится к моногенным заболевания – тем, которые вызываются мутацией в единственном гене, – она кажется перспективной мишенью для генной терапии. Включил нужный ген в нужном месте – и пациент здоров. Дело за малым – придумать, как включить.

Самый эффективный на сегодняшний день метод – это вирусная доставка нужного гена. Создается специальный вирус, неспособный никого заразить больше одного раза и вместо генов, которые кодировали бы его собственные вирусные белки, содержащий терапевтические гены. Этим вирусом заражаются клетки. Сейчас один человек после лечения такими вирусами живет с генотипом, соответствующим тяжелой форме β-талассемии, но без переливаний крови и нормально себя чувствует.

Вирусная доставка терапевтических генов, однако, вещь эффективная, но опасная. Во-первых, вирус может встраивать свою ДНК в произвольное место генома. Это может нарушить работу какого-нибудь нужного клетке гена и привести к нежелательным последствиям, вплоть до превращения клетки в раковую. Кроме того, человеческий организм приучен бороться с вирусами, и при введении большого количества вирусных частиц возникает иммунный ответ, иногда довольно тяжелый. Поэтому возникает вопрос, нельзя ли отредактировать геном как-нибудь побезопасней.

В генной инженерии вовсю применяются эндонуклеазы рестрикции – ферменты, которые у бактерий играют роль иммунной системы. У бактерий есть свои вирусы, они называются бактериофаги. Они точно также как обычные вирусы, чтобы размножиться, должны заразить бактерию и встроить свой геном в геном бактериальной клетки. Поскольку для бактерий это смертельно опасно, они защищаются. У них есть ферменты, которые узнают небольшие последовательности ДНК бактериофага (аналогичные последовательности у самих бактерий предусмотрительно химически модифицированы и недоступны для ферментов) и разрезают ее. Для некоторых таких ферментов последовательности («сайты узнавания») строго определены и, как правило, состоят не более чем из 10 пар оснований. Это очень удобно для ученых, которым в лаборатории надо редактировать, сшивать и склеивать небольшие участки ДНК – там удается подобрать ферменты, сайты узнавания которых встречаются в редактируемой ДНК 1-2 раза. Весь геном, однако, гораздо больше: геном человека – это 3 миллиарда пар оснований, а в лабораториях чаще всего имеют дело с плазмидами и вирусами – это, максимум, несколько десятков тысяч пар оснований. Теория вероятности подсказывает, что конкретное произвольное «слово» из восьми букв встретится в геноме около 50 тысяч раз. Если редактировать геном таким инструментом, от него ничего хорошего не выйдет, а только разлетятся клочки по закоулочкам, и клетка быстро погибнет, не в силах починить все разрывы.

На радость ученым у бактерий нашелся еще один метод защиты от бактериофагов – это CRISPR/CAS9. Это тоже своеобразная «иммунная система» бактерии. Она функционирует благодаря коротким последовательностьям в ДНК бактерии, соответствующим фрагментам из ДНК бактериофагов. Собственно, CRISPR означает «Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats» – короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами. С этих фрагментов ДНК бактериофага бактерия синтезирует цепочки РНК. РНК взаимодействует по принципу комплементарности с ДНК бактериофагов, проникающих в бактериальную клетку, а пока они взаимодействуют, специальные белки вносят разрыв в ДНК в месте взаимодействия. В данном конкретном случае эту функцию выполняет белок CAS9. Похожий метод инактивации генов есть и у более сложно устроенных организмов, вплоть до человека. Он называется РНК-интерференцией (Почитать о роли РНК-инференции можно тут и тут).

Это явление научились использовать в своих интересах ученые. Можно синтезировать РНК, комплементарные тому месту, куда хочется внести разрез, и похожие на РНК из системы CRISPR/CAS9 и ввести их в клетки вместе с белком CAS9. На самом деле, конечно, в клетки вводятся конструкции из ДНК, кодирующие и то, и другое. РНК будет указывать на то место, где надо резать, а белок – резать. Комплементарная часть таких РНК как правило составляет около 20 оснований, вероятность встретить в геноме конкретное «слово» длиной 20 букв составляет примерно 0,003, поэтому легко подобрать РНК, комплементарную единственной нужной последовательности генома.

Внесение разрыва в двухцепочечную геномную ДНК сильно повышает вероятность гомологической рекомбинации – процесса, при котором гомологичные хромосомы могут обмениваться гомологичными фрагментами. Если ввести в клетку донорную ДНК, несущую нормальный ген гемоглобина, а затем с помощью системы CRISPR/CAS9 ввести разрыв в нужное место, то с определенной довольной высокой вероятностью образуется хромосома с нормальным геном.

Все это авторы статьи проделали с iPS клетками – плюрипотентными клетками, полученными из соматических клеток самого пациента (об iPS клетках можно прочитать здесь и здесь). Поскольку материалом служат клетки самого пациента, можно не беспокоиться об иммунном ответе после трансплантации клеток обратно. Затем клетки дифференцировали в эритробласты – еще пока содержащие ядро предшественники эритроцитов и оценивали в них уровень синтеза гемоглобина. Оказалось, что он возрастал. Однако еще быстрее возрастал уровень синтеза эмбриональной разновидности гемглобина, за счет которой как раз и выживают больные β-талассемией.

Авторы говорят, что после доработки метода дифференцировки во взрослые эритробласты, их метод будет применим для лечения людей. В любом случае, предложен еще один, довольно эффективный метод редактирования генома, который может пригодиться для лечения самых разных болезней.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM iPhone MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика Анастасия Волочкова «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино Византия визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление грибы грипп дельфины демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы сердце сериалы Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа школьные олимпиады эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии этика этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.