Молекулярный инструмент, позволяющий редактировать гены прямо в живой клетке, поможет создать свинью, чьи органы будут пригодны для пересадки человеку.

Близкое родство свиньи и человека – один из самых известных и самых стойких мифов, относящихся к биологии. То, что это не так, можно убедиться, сравнив гены свиные и человеческие, заодно добавив к ним геном какой-нибудь человекообразной обезьяны. Такой анализ ещё раз подтвердит, что наши ближайшие эволюционные родственники – шимпанзе и горилла, но никак не свинья. Сам миф обязан своим происхождением рассказам о пересадках органов от свиньи человеку, однако здесь, очевидно, сработал эффект испорченного телефона.

Выращивание свиней на органы – дело не совсем далёкого будущего. (Фото DLILLC / Corbis.)

Схема технологии редактирования генома CRISPR; функция белков Cas – искать и вырезать из генома последовательности, совпадающие с вирусным шаблоном, записанным в CRISPR-области бактериальной ДНК. (Wikipedia.org).

Подробности можно прочесть в специальной статье портала АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ, здесь же скажем, что органы свиньи подходят нам по размеру и некоторым физиологическим характеристикам, но если вот так взять и трансплантировать человеку что-нибудь свиное, то такой орган долго не проживёт – его убьёт мощная иммунная реакция, которая возникнет как раз по причине эволюционно-генетического несоответствия между животным-донором и человеком-реципиентом, и пока что дальше пересадки свиного сердечного клапана дело не идет. Очевидно, пересаженный клапан превратился в «органы», а из «органов» выросла «генетическая близость».

При всём при том свиньи могли бы стать прекрасным источником донорских органов. С эволюционно-генетической точки зрения, повторим, здесь было бы лучше использовать шимпанзе, однако свиньи, во-первых, намного лучше изучены и давно содержатся – и успешно размножаются – в неволе, их стоимость намного меньше стоимости обезьяны, их органы, как было сказано, по размерам похожи на человеческие. Наконец, убийство свиней давно стало привычным делом, тогда как выращивание на органы человекообразного шимпанзе может возбудить возмущение неравнодушной общественности.

Сейчас предпринимаются попытки создать генетически модифицированных животных, чьи ткани не вызывали бы сильного иммунного отторжения. Однако свиные клетки таят в себе ещё одну опасность: в их геноме содержится много копий эндогенного ретровируса свиней (PERV), который способен производить новые вирусные частицы, способные заразить человеческие ткани. Потенциально опасная вирусная ДНК рассеяна в геноме свиньи по 62 областям-сайтам, и возникает вопрос, можно ли здесь в принципе избавиться от опасного генетического груза.

Исследователи из Гарварда утверждают, что можно, если воспользоваться для этого ДНК-редактирующим инструментом под названием CRISPR. Первоначально CRISPR-систему обнаружили в бактериях как форму противовирусной защиты: в определённом месте в геноме бактерии хранятся фрагменты вирусных генов (эти участки генома как раз и называются CRISPR, что в расшифровке и переводе означает «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами»), с них считывается РНК-копия, которую подхватывает специальный белок. С помощью РНК он проверяет незнакомую ДНК, попавшую в клетку, на предмет её вирусности, и, если подозрения оправдались, такая ДНК инактивируется. Особенность же системы в том, что проверяющий белок программируется на строгое узнавание определённой опасной последовательности.

В какой-то момент биологам пришла в голову идея, что систему CRISPR можно давать какие-то другие, сформулированные нами инструкции и использовать её в животных и человеческих клетках. Например, мы запрограммируем поисковый белок на некий повреждённый, мутантный кусок в человеческом гене, после чего запустим всю молекулярную машину в нейрон, или в клетку печени, или в зародыш. Модифицированная система найдёт нужный участок в ДНК и вырежет его, а образовавшуюся брешь можно залатать исправленной, здоровой последовательностью. Если сделать так с одноклеточным зародышем, то все клетки организма, который из него получится, будут уже без мутации. Идея биотехнологам понравилась, и сейчас CRISPR-тематика переживает настоящий бум – молекулярный аппарат CRISPR изучают, пытаются усовершенствовать, модифицировать, приспособить для решения самых задач.

Чтобы таким способом можно было вычистить из ДНК свиньи вирусные последовательности, нужно создать такую инструктирующую молекулу РНК, которая привели бы поисковый белок ко всем 62 вирусным сайтам. Джорджу Чёрчу (George Church) и его коллегам это вполне удалось: в статье в Science они пишут, что их CRISPR-система, внедрённые в клетки почки свиньи, стёрла все гены эндогенного ретровируса. В результате вероятность того, что свиные клетки (которые вполне сохранили жизнеспособность, несмотря на масштабную молекулярно-генетическую операцию) заразят клетки человека, упала в 1000 раз. Ядра из клеток, из которых удалили вирусные последовательности, ввели в клетки эмбриона, но эксперимент ещё не закончен, так что авторы работы пока не готовы утверждать, что им удалось получить животное без опасного генетического мусора.

Вирус PERV – не единственная причина (и, по мнению некоторых трансплантологов, не столь опасная), по которой мы не можем пересаживать органы свиньи людям; есть ведь ещё целый ряд белков, вызывающих сильное возмущение человеческой иммунной системы. Однако что нам мешает, после такого успеха, использовать CRISPR-редактуру и на таких иммунно-опасных генах? Нужно лишь, чтобы после их выключения орган не потерял своей функциональности. Сами исследователи планируют дальше двигаться в том же направлении, и в 2016 году они хотят получить уже такой свиной эмбрион, который не только будет избавлен от вируса, но и окажется более-менее терпимым для иммунитета человека.

По материалам Science.