Метод CRISPR вносит в геном множество непредсказуемых мутаций.

Наверно, сложно найти человека, который бы не слышал о методе редактирования генома под названием CRISPR (или CRISPR/Cas). В его основе – система противовирусной защиты бактерий, которые умеют распознавать вирусную ДНК, когда она появляется в бактериальной клетке.

Структура бактериального белка Cas из противовирусной системы CRISPR-Cas; оранжевым обозначена ДНК, с которой связался редактирующий фермент. (Фото: Wikipedia.)

Биотехнологи взяли ферменты бактерий, с помощью которых те уничтожают ДНК вирусов, и приспособили их для работы в клетках животных. Суть редактирующей системы, если двух словах, выглядит так: белок ищет в клеточных хромосомах участок, который нужно вырезать, а в качестве «путеводителя» ферменту дают молекулу РНК с той же последовательностью нуклеотидов, что и в нужном участке. Сверяя РНК, которую он носит с собой, с клеточной ДНК, фермент в конце концов находит нужное место в геноме, и вырезает его. Если здесь была мутация, она исчезнет – клеточные системы ремонта ДНК сами заделают образовавшуюся дыру так, что никакой мутации тут уже не будет.

Еще раз скажем, что это очень упрощенное описание того, как работает геномный редактор CRISPR. Сейчас он существует уже в нескольких вариантах, с разными белками, которые режут ДНК так или этак. Но в любом случае понятно, сколь огромные перспективы открываются тут для биоинженерии и медицины: огромное число болезней развиваются из-за дефектов в нашей ДНК, так что инструмент, который позволял бы такие дефекты устранять, был бы очень кстати.

Много шума наделала двухлетней давности статья китайских исследователей, которые с помощью CRISPR отредактировали геном человеческого эмбриона, и все больше появляется работ, авторы которых описывают, как им удалось исправить тот или иной мутантный ген либо в культуре клеток, либо в зародыше животного.

Но если мы беремся редактировать геном, то должны быть уверены, что изменения коснутся только того участка, который мы выбрали. Между тем метод CRISPR, хотя и считается намного более точным, чем другие способы исправления ДНК, стопроцентной точностью похвастаться все же не может: редактирующие ферменты правят ДНК там, где не должны. На этот случай, вообще говоря, разработаны программы, позволяющие предсказать, куда еще может направиться система CRISPR – зная, какие участки в геноме для нее особо привлекательны, можно постараться заранее сделать так, чтобы редактирующие ферменты туда все-таки не шли. Однако, как показали эксперименты исследователей из Стэнфорда, Университета Айовы и Колумбийского университета, даже с помощью специальных алгоритмов не всегда можно угадать, куда вмешается система CRISPR.

Келли Шейфер (Kellie A. Schaefer) и ее коллеги проанализировали геном мышей, которых с помощью CRISPR попытались избавить от мутаций, ведущих к пигментному ретиниту – дегенеративному заболеванию сетчатки, часто заканчивающемуся слепотой. Удалить вредные мутации вполне получилось, но, кроме того, как пишут авторы работы в письме в Nature Methods, они нашли в геноме более полутора тысяч мутаций, связанных с изменениями одного нуклеотида, и более ста мутаций, связанных с вставками и удалениями более крупных фрагментов ДНК.

По словам авторов работы, все предсказательные алгоритмы, которые используются сейчас для оценки точности CRISPR, прошли мимо этих исправлений. Обнаружить же их удалось потому, что геном мышей читали полностью, а не только в зонах риска, где можно было ожидать от CRISPR самодеятельности.

С другой стороны, сами животные никак от массы мутаций не страдали, то есть мутации либо попали в те участки ДНК, от которых мало что зависит в повседневной жизни, либо же тут сработали какие-то компенсирующие механизмы.

Но в любом случае очевидно, что прежде чем говорить о каком-то практическом использовании CRISPR-редактирования в медицине, нужно проделать очень большую работу, чтобы метод стал абсолютно точным.