Плюсы и минусы CRISPR
Биологи обсудят метод, изменяющий реальность
Вчера в технопарке новосибирского Академгородка открылся международный конгресс «CRISPR–2018», посвященный этому методу геномного редактирования.
На конгресс съехалось около 360 ученых из США, Франции, Германии, Северной Кореи, Турции, Казахстана, Беларуси и 16 городов России, включая Москву и Санкт-Петербург. На открытии научного форума председатель Сибирского отделения РАН академик Валентин Николаевич Пармон обратился к его участникам: «Мы находимся на очень интересном историческом отрезке, когда будет происходить подлинный ренессанс российской науки. Впервые за многие годы она поставлена в ряд важнейших национальных приоритетов, и то, чем вы занимаетесь – геномные технологии – названо одним из ключевых направлений, где Россия должна достичь мирового уровня». «Объекты, которые хотелось бы видеть в ближайшее время в Новосибирске, – это большой центр геномных технологий и биоцентр, тесно с ними связанный», – подчеркнул Валентин Пармон, напомнив об исходящих от главы государства документах о развитии науки в Сибири и России в целом.
Близкую точку зрения изложил академик Всеволод Арсеньевич Ткачук, декан факультета фундаментальной медицины МГУ им. М. В. Ломоносова: «Сейчас в нашем направлении науки происходят тектонические подвижки. Метод геномного редактирования CRISPR/Cas9 появился как раз в то время, когда пересматриваются многие догмы биологии… CRISPR/Cas9 – это не только инструмент познания, он дает надежду на то, что мы овладеем функциональной геномикой… На наших глазах возникает новая наука». Говоря о точках роста новых научных направлений, московский академик подчеркнул: «По поручению президента РФ в стране будет четыре новых геномных центра, и где создавать один из них, если не в Новосибирске?»
Первый научный доклад на пленарной сессии конгресса сделал кандидат биологических наук Сергей Петрович Медведев от лица исследовательского коллектива, которым руководит доктор биологических наук Сурен Минасович Закиян (ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН»). Темой стало применение CRISPR‑опосредованных систем и генетически кодируемых биосенсоров для создания и исследования клеточных моделей нейродегенеративных заболеваний. «В связи с увеличением среднего возраста населения в большинстве развитых стран резко взрастает доля пациентов с такими диагнозами, как болезни Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона, спинальная мышечная атрофия и другие, – рассказал Сергей Медведев. – Многочисленные исследования пока не привели к появлению препаратов, которые могут достаточно эффективно и безопасно применяться в терапии нейродегенеративных заболеваний. Во многом это связано с недостаточным пониманием молекулярно-генетических механизмов, лежащих в основе патогенеза, а также с отсутствием моделей, позволяющих получать не только качественные, но и количественные данные о процессах, происходящих в нейронах пациентов».
Исследователь подчеркнул важность исследования генетических факторов клеточных отклонений, свойственных для нейродегенеративных заболеваний: речь идет о повышенном апоптозе, митохондриальных дисфункциях, оксидативном стрессе, нарушении утилизации белков. Инструментом поиска этих нарушений становятся вещества-биосенсоры, сигнализирующие о них (в идеале – визуально и количественно). «Использование генетически кодируемых биосенсоров позволяет исследовать динамику событий, происходящих в живой клетке в реальном времени, – считает Сергей Медведев.– Кроме того, совместное использование технологии создания моделей на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и биосенсоров позволяет изучать молекулярно-генетические механизмы болезней на релевантных типах клеток пациентов, в частности, на различных типах нейронов».
«Сейчас мы активно работаем с биоинформатиками, и есть надежда, что в скором времени научимся считать реагирующие клетки, и, соответственно, статистически оценивать эффективность тех или иных воздействий на них», – предположил С.П. Медведев. При этом, отвечая на вопросы коллег, он подчеркнул, что вопрос об основах той или иной медицинской технологии пока не ставится – речь идет о получении фундаментальных знаний. «Наши модели предназначены только для исследований in vitro, – акцентировал ученый. – Лично я против того, чтобы куда-либо интегрировать трансгенные клетки без подробнейшего их изучения. Да, в мире идут работы подобного рода с прицелом на болезнь Паркинсона, но, во-первых, для этого сначала получают базовые клетки-прототипы нейронов, а во-вторых, все эксперименты проводятся в лабораториях, оборудованных по стандарту GMP (Международный стандарт GMP – good manufactured practice – включает в себя обширный ряд показателей, которым должны соответствовать npeдприятия, выпускающие ту или иную продукцию, предназначенную для человека – Прим. ред.), таких условий у нас нет. Доступный максимум – испытания на лабораторных животных».
С пленарным докладом по проблеме точности и эффективности адресуемых нуклеаз геномного редактирования выступил заведующий лабораторией Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, научный руководитель стратегической академической единицы «Синтетическая биология» НГУ, профессор РАН доктор биологических наук Дмитрий Олегович Жарков. Речь идет, прежде всего, о нуклеазе Cas9 – белке-распознавателе реконструируемого гена. «Несмотря на безусловный прогресс в области редактирования генома культивируемых клеток, остается ряд ограничений, не позволяющих использовать CRISPR/Cas9 полноценно, – рассказал ученый. – К этим ограничениям относятся, в частности, низкая эффективность доставки Cas9 в определенные типы клеток (в частности, плюрипотентные стволовые) и следующая из нее крайне низкая эффективность редактирования посредством гомологичной рекомбинации».
Дмитрий Жарков назвал основные причины этого: «Во-первых, молекула Cas9 очень большая, работать с такими в принципе не очень удобно. Во-вторых, это медленный белок… И, наконец, что самое плохое – применение Cas9 далеко не такое точное, как можно представить из восторженных сообщений прессы о том, что ученые сконструировали новый вид обезьяны или научились лечить новую специфическую болезнь… Задача повышения точности Cas9 стоит очень остро». «Сегодняшний уровень терпим в лабораторном эксперименте, а также в сельском хозяйстве, – пояснил Д.О. Жарков. – Но когда мы говорим о медицине, то ситуация неприемлема со всех сторон, включая экономическую: чтобы набрать нужное количество клеток с гарантировано точной редакцией генома, требуется его полное секвенирование, что по нынешнем ценам составляет миллионы долларов на одного пациента».
«ДНК – не цифровая конструкция, она читается аналогово, как физическая картина, – сделал выводы Дмитрий Жарков. – Закодированная в ней информация зависит не только от ее последовательности, но и от того, какой белок и как применяется для ее считывания. Эволюция читающих белков идет в сторону уменьшений вероятности ошибки при том или ином выборе. Наконец, Cas9, по всей вероятности, эволюционировал не так, как другие ДНК-распознающие белки, то есть в условиях узнавания сравнительно крупной мишени на небольшом геноме и объеме клетки. Поэтому когда мы обращаемся к человеческой клетке, то получаем неизбежные оффтаргетные эффекты. Это не значит, что мы должны отказаться от Cas9: надо искать более сложные методы и конструкции для увеличения точности работы этого белка».
В день открытия конгресса «CRISPR–2018» состоялся показ фильма к 30-летию лаборатории эпигенетики развития ИЦиГ СО РАН и презентация второго издания трехтомной монографии «Редактирование генов и геномов» с научными статьями 37 авторов. Научный форум продолжит работу до 14 сентября.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru