Статьи
Статья
«Молекулярные ножницы» для живой природы

С тех пор как ученые расшифровали человеческий геном, количество научных чудес резко увеличилось. В 2012 году была разработана технология CRISPR/Cas9, которая позволяет «чинить» поломки в ДНК растений, животных и — потенциально — людей. Мы решили рассказать о последних ноу-хау в этой сфере, продемонстрировав достижения ученых за последние пять лет.

Революционная технология

Технология CRISPR придумали две женщины-ученые: американка Дженнифер Дудна и француженка Эммануэль Шарпантье. Они изучали бактериальную иммунную систему — способ, которым бактерии борются с вирусом. В ходе работы они открыли механизм, с помощью которого можно производить точечные изменения ДНК клеток, меняя в них конкретные участки. Это упростило работу ученых в сфере геномного редактирования. Технология оказалась настолько точной, быстрой и надежной, что биологи со всего мира стали использовать CRISPR для опытов с бактериями, животными и растениями. Подробнее о механизме работы читайте в нашем материале «Редактирование ДНК».

CRISPR-растения

Дженнифер Дудна, работающая в настоящий момент в Калифорнийском университете в Беркли, недавно заявила, что в ближайшие пять лет мы станем свидетелями массового использования технологии CRISPR в сельском хозяйстве. Сама она занимается CRISPR-редактированием генов какао — растение нуждается в помощи молекулярных биологов в связи с потеплением климата, которое угрожает засухой плантациям шоколадного дерева.

Первая CRISPR-продукция уже появилась. В 2016 году американские селекционеры вывели грибы, которые не коричневеют. В том же году стало известно об опыте шведского ученого из Университета Умео: профессор Стефан Янссон вырастил и съел первую в мире CRISPR-капусту.

Сейчас в Кремниевой долине проходят опыты по изготовлению мяса в лаборатории на основе клеток животных по технологии CRISPR. Эти стартапы поддерживают такие известные и состоятельные люди, как Билл Гейтс и Ричард Брэнсон.

В прошлом году сельскохозяйственный гигант Monsanto инвестировал $125 млн в запуск стартапа Pairwise. Специалисты намерены в ближайшие пять-десять лет создать CRISPR-фрукты, которые без всяких химикатов будут хорошо храниться, не теряя вкус и аромат, а во время выращивания смогут пережить засуху или наводнение.

Министерство сельского хозяйства США поддерживает новую технологию и отмечает, что, в отличие от ГМО, продукция, отредактированная с помощью технологии CRISPR, не содержит никакого введенного генетического материала или чужеродной ДНК, поэтому не несет рисков для здоровья.

Еще одно возможное применение CRISPR — декоративное. Селекционеры могут менять цвет или форму растений. Например, японские исследователи из Цукубского университета кардинально поменяли цвет вьюнковых под названием ипомея (также известны как асагао). В природе цветы асагао имеют синие или фиолетовые оттенки, а благодаря изменению генов они превратились в абсолютно белые.

CRISPR-животные

Каких только экспериментов не проделали биологи с животными с момента появления технологии! Они создали коров, устойчивых к бычьему туберкулезу и готовых к глобальному потеплению. Вывели муравьев-мутантов. Научились изменять узор на крыльях бабочек. Закрутили раковины улиток в обратную сторону. Благодаря подобным опытам могло бы родиться животное, имеющие признаки свиньи и человека, но ученые ограничились созданием эмбриона такого существа, а после трех-четырех недель жизни уничтожали его по этическим соображениям.  

В настоящий момент на повестке дня стоит несколько важных задач, которые может решить технология CRISPR.

Прежде всего это подготовка органов для трансплантации человеку. Многие специалисты сходятся во мнении, что подходящими донорами могут стать свиньи. Однако у этих животных в ДНК зачастую присутствуют вирусы, которые при трансплантации могут вызвать проблемы в пересаженных органах, что представляет опасность для здоровья потенциальных пациентов. Выходом из этой ситуации стала технология CRISPR: ученые научились редактировать эмбрионы свиней таким образом, чтобы выросшие животные были здоровы и устойчивы к вирусам. Благодаря этому ноу-хау могут быть спасены люди, в том числе младенцы, которые рождаются с атрезией пищевода. По мнению Дженнифер Дудны, трансплантация органов свиньи человеку станет возможной в течение ближайших десяти лет.

Эта же технология может защитить куриц от куриного гриппа, а свиней — от вируса PRRSV, который приводит к самопроизвольным абортам и рождению нежизнеспособного потомства. Разработки в этом направлении уже ведутся — и весьма успешно.

Еще одна глобальная проблема, которую могут решить генетики с помощью CRISPR, — снижение выбросов метана в атмосферу, что приведет к снижению темпов глобального потепления. Для этого нужно «отредактировать» гены коров, чтобы они перестали выделять так много газов, как сейчас. Сейчас на земле живут около 1,5 млрд коров, и они выделяют 18% всех парниковых газов в мире. Каждая корова производит до 150 кг метана в год. По данным за 2009 год, 51% глобальных выбросов парниковых газов был обусловлен домашним скотом. Чтобы решить эту проблему, европейские ученые провели масштабное исследование и теперь надеются снизить выделения метана коровами за счет изменения их генома.

Также технология CRISPR может стать оружием в борьбе с малярией, от которой погибают тысячи людей ежегодно. В 2015 году биологи из Калифорнийского университета отчитались о создании генетически модифицированных комаров, устойчивых к заражению плазмодием. По мнению ученых, такие «отредактированные» комары могли бы заменить в популяции дикие виды и тем самым положить конец распространению заболевания. Работа в этой области продолжается, и, возможно, недалек тот час, когда малярия будет окончательно побеждена.

Появится ли в будущем CRISPR-человек? Уже появился. О том, как технология CRISPR-Cas9 может пригодиться в медицине, читайте в нашем интервью с генетиком и молекулярным биологом Денисом Ребриковым — возможным «крестным отцом» первых детей с исправленными генами.

25.07.2019 13:20:37