Управління людськими генами

Чи може людина сама регулювати роботу своїх генів в реальному часі? Американські біологи запевняють, що так. Вони створили унікальну методику, що дозволяє включати або вимикати будь-який ген за бажанням експериментатора. З її допомогою можна буде успішно лікувати багато спадкових недуги - наприклад, деякі різновиди вродженої сліпоти.

Ми знаємо, що цінність будь-якого гена самого по собі не особливо висока - важливо те, чи працює він в даний момент чи ні. Багато серйозних захворювання (наприклад, рак або системний червоний вовчак) відбуваються саме через те, що-небудь непотрібні гени виявилися активними, або потрібні - відключеними. Якби люди змогли включати і вимикати відрізки власної ДНК в міру необхідності, багатьох неприємностей вдалося б уникнути.

Проте, довгий час така регуляція генома в режимі реального часу була неможлива навіть теоретично. Вчені просто не уявляли собі, як це можна робити - адже ДНК вищих тварин захищене від зовнішніх впливів куди краще, ніж MacOs від вірусів. До спадкової молекули, що зберігається в ядрі, пильні "стражники" білкової природи не допускають практично жодне чужорідну речовину. Звичайно, в ядро ​​можуть проникати багато вірусів, проте створити такий, який був би повністю керований, і займався б лише перемиканням генів, а нічим іншим, практично неможливо.

Втім, один спосіб регуляції активності генів, який вже давно використовується біотехнологами, досить простий. Йдеться про розрізуванні молекули ДНК в місці локалізації потрібного гена за допомогою певного ферменту. Після такої "операції" ген автоматично вимикається і не може функціонувати. Найчастіше для цього використовують так звані нуклеази з цинковими пальцями - структурними елементами, що містять іон цинку, які можуть зв'язуватися з певними ділянками ДНК.

Читайте також: Біологи створили молекулярні протези ферментів

Однак набір цих нуклеаз вельми обмежений, тому вони можуть "заглушити" далеко не всякий ген. Тому з недавніх пір молекулярні біологи стали використовувати морфолінового олігонуклеотиди. Вони являють собою короткі синтетичні нуклеотидні ланцюжки, які можуть розпізнати будь-який ген - за бажанням експериментаторів. Приєднуючись до клітинної ДНК, вони блокують активність того чи іншого її ділянки, хоча лише на якийсь час - після його закінчення блокада знімається і ген знову починає працювати.

Грунтуючись на цій технології, біологи з Клініці Майо (Рочестер, США) розробили оригінальний метод, що дозволяє за бажанням дослідника включати і вимикати будь-який ген в живому організмі. У статті, опублікованій в журналі Nature , Автори розповідають про використання ними ферментів-нуклеаз TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease). Вони являють собою гібридні білки, частина яких взята у бактерій, а частина - у вищих організмів. Саме бактеріальний фрагмент, як виявилося, здатний розпізнавати ділянки ядерної ДНК і зв'язуватися з ним. А через те, що цей фрагмент надзвичайно мінливий, як і морфолінового олігонуклеотиди, його можна "натискати" на розпізнавання будь-якого гена.

Інший же шматок молекули TALEN - це власне нуклеаза, тобто фермент, здатний розрізати нитку ДНК. Так що працюють ці гібридні білки наступним чином - вони підходять до конкретного гену, бактеріальна частина дізнається, чи правильний "адреса", і якщо все в порядку, нуклеаза робить в цьому місці розріз. А в сам розріз вставляється за допомогою інших ферментів синтетична регуляторна нуклеотидних послідовність, яка представляє собою регуляторний ділянку. Після цього вчені додавали спеціальні речовини, які "перемикали" це регулятор з положення "включити ген" в положення "вимкнути" і навпаки.

Дослідники зробили цю роботу на кумедних акваріумних рибок, які називаються смугасті даніо (Danio rerio). В їх ембріони були вставлені регулятори одного з генів, що відповідають за соціальну поведінку. Після протягом усього життя піддослідних рибок вчені додавали в акваріумну воду речовини, що впливають на регулятор. В результаті даніо за бажанням дослідників перетворювалися то в агресивних асоціальний, то в товариських стайнях тварин. Тобто метод регуляції активності гена в реальному часі виявився досить ефективним.

За словами одного з учасників експерименту, Джеймса Райела з Лондонського університетського коледжу: "Цей метод відкриває великі перспективи для генетичних експериментів з даніо. Наприклад, тепер ми можемо безпосередньо" переписати "вихідні генетичні послідовності, і це дасть нам можливість точніше контролювати роботу генів, збій який призводить до виникнення невиліковних захворювань ".

Співавтор Райела, професор Стівен Екер з клініки Майо уточнює, що всі ці дослідження стосуються лише регуляції генів тварин і їх методика ніколи не буде застосовуватися на людях. "Хоча ми зосередилися на рибок даніо, є перспективи використання цього ж підходу і на інших модельних об'єктах - наприклад, на щурах, мишах, мухах і черв'яків" - говорить він. Втім, за словами Еккерта, роду людському від цього теж буде користь. Наприклад, зараз ведуться роботи по регуляторної модифікації деяких мишачих стовбурових клітин, які після цього можна буде пересаджувати і людям.

Читайте також: Біологи створили молекулярні протези ферментів

А ось Райел, на відміну від свого колеги, вважає, що в подальшому можна буде використовувати цю методітку і для лікування людських хвороб. "У перспективі ми могли б використовувати таке" редагування "ДНК, наприклад, для того, що б включити ген з клітин сітківки ока, пасивність якого призводить до вродженої сліпоти" - стверджує дослідник. Що ж, можливо він і має рацію - революційна технологія, відкрита американськими молекулярними біологами, швидше за все, через якийсь час зможе покінчити зі спадковими захворюваннями людей, які раніше вважалися невиліковними.

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"