В основе биологической жизни лежит точная активация специфических генов, которые должны правильно работать. Если эта последовательность оказывается неисправной,  или один из генов включается только частично, то результат часто приводит к болезни.

Недавно биоинженеры из Стэнфорда разработали методику программирования генетического кода, что позволяет им преимущественно активировать или деактивировать гены в живых клетках. Работа опубликована в текущем выпуске журнала Cell, и может открыть новую эру в генетическом лечении.

Методика – это адаптация CRISPR, относительно новый генетический инструмент, который использует естественный защитный механизм, развиваемый бактериями в течение миллионов лет, чтобы разрезать инфекционный вирус ДНК.

Стандартный CRISPR состоит из двух компонентов: короткая РНК, которой соответствует конкретное место в геноме, и белок, называемый Cas9 -  ножницы ДНК в этом месте. Для целей редактирования гена, ученые могут контролировать область, где расположен белок  - ножницы генома, вставить новый ген в разрез и склеить их обратно вместе.

Установка нового генетического кода, однако, является лишь одним из способов  влияния на работу   генома. Другая методика, заключается в приказе клетке, как много или как мало активировать конкретный ген, контролируя таким образом, сколько белка клетка производит из этого гена и изменения его поведение.

Именно этим действием, Lei Stanley Qi, доцент биоинженерии и химической и системной биологии в Стэнфордском университете, и его коллеги намерены манипулировать.

Влияние на геном

В новой работе, исследователи описывают, как они изменили молекулу CRISPR, чтобы включить вторую часть информации о РНК, поручив молекуле либо увеличение (повышение активности) или уменьшение  деятельности целевого гена, или его полное отключение.
 

Кроме того, они смоделировали его так, что он может повлиять на два различных гена одновременно. В клетке,  в которой активируются множественные гены,  могут производиться различные продукты обмена веществ.

"Это похоже на вождение автомобиля. Вы управляете колесом для управления направлением и двигателем для управления скоростью, и, этот баланс двух определяет, как автомобиль движется," сказал Qi. "Мы можем сделать то же самое в клетке  стимулируя или подавляя регулирующие гены и получать разные результаты."

В качестве доказательства принципа, ученые использовали эту методику, чтобы взять под контроль метаболизм дрожжей, включая и выключается гены в различных участках, чтобы произвести четыре разных конечных продукта. Затем они проверили его на двух генах млекопитающих, которые важны для  подвижности клетки, и смогли контролировать направление и скорость движения клетки.

Будущие методы лечения

Способность контролировать гены – это привлекательный подход в разработке генетических методы лечения  сложных заболеваний, которые связаны с несколькими  генами, новая система может преодолеть некоторые из проблем, существующих экспериментальных методов лечения.

"Наша методика позволяет непосредственно управлять несколькими специфическими генами и цепочками в геноме, не создавая новых трансгенов или неконтролируемых реакций, таких как производство слишком большого количества белка, или активация в неправильных клетках," сказал Qi . "Мы могли бы в конечном итоге синтезировать десятки тысяч молекул РНК, чтобы управлять геном всего организма."

Далее, Qi планирует испытать методику на  мышах  и улучшить способ доставки. В настоящее время ученые используют вирус, чтобы вставить молекулу в клетку, но  конечном итоге нужно будет просто впрыснуть в кровь молекулы организма.

"Это то, что является настолько захватывающим в работе в Стэнфорде, потому что создание школы иммунологии группы медицины  не за горами, и работа в ней поможет нам решить, как это сделать, не вызывая иммунный ответ," сказал Qi, который является членом междисциплинарного Стэнфорд Chem-H института. "Я настроен оптимистично, потому что все в этой системе происходит естественным образом из клеток, и она должна быть совместима с любым организмом."

Статью из журнала Cell можно скачать на нашем сайте в разделе Статьи.