X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В 1987 году японские ученые обнаружили в геномах бактерий участки с регулярной структурой — короткие одинаковые последовательности чередовались с уникальными фрагментами, которые у разных бактерий не имели ничего общего. Такие участки назвали CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Спустя 10 лет удалось доказать, что эти участки отвечают за адаптивный иммунитет бактерий, а в уникальных последовательностях — спейсерах — хранится информация о геномах вирусов, против которых бактерия умеет бороться. РНК, которая синтезируется с таких участков, в комплексе с белками Cas уничтожает соответствующую ДНК вирусов, если они атакуют клетку. А самое замечательное, что бактерия может пополнять свою библиотеку вирусной ДНК, когда встречается с незнакомыми патогенами. Именно поэтому иммунитет CRISPR адаптивный — он совершенствуется и учится противостоять новым типам инфекции. CRISPR — это интересный пример эволюции по Ламарку: события жизни организма непосредственно влияют на его ДНК, изменяя ее так, что организм становится более приспособленным.

В настоящее время технология CRISPR-Cas, позволяющая редактировать геномы высших организмов, — сверхпопулярная тема обсуждений, касающихся перспективных направлений лечения многих тяжелых заболеваний.

Молекулярная технология CRISPR-Cas9 с большим успехом делает первые шаги по ее применению к реальным пациентам. Список заболеваний в лечении которых планируется попробовать использовать CRISPR-Cas достаточно обширен. Editas — одна из крупнейших и многообещающих компаний, разрабатывающих клинические продукты на основе CRISPR-Cas9, — решила сфокусировать свое внимание на заболеваниях, лечение для которых на настоящий момент практически отсутствует или является недостаточно эффективным.

Основные клинические направления, которые Editas выбрала для исследований, можно разделить на три группы.

Искоренение ВИЧ, вируса, вызывающего СПИД, было тяжелой битвой. Мало того, что вирус заражает иммунные клетки в организме, которые атакуют вирусы, но он также является пресловутым мутатором. После того, как ВИЧ захватывает клетку в организме и начинает реплицироваться, она генерирует множество генетических вариаций, которые помогают ей избежать лекарственной терапии. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, эта лекарственная устойчивость является огромной проблемой при лечении людей, инфицированных ВИЧ.

В мае 2017 года исследователи из Университета Темпл и Университета Питтсбурга использовали CRISPR для обрезания вируса из клетки, которую он заражал, закрывая способность вируса к репликации. Это использование техники было протестирована на трех разных моделях животных впервые исследователями, продемонстрировавшим способ устранения ВИЧ от инфицированных клеток, по словам исследователей, возглавляемого ChenGing, вирусологом в Университете Макгилла в Монреале.

Лекарство от рака человечество ищет со времени греческого врачо Гиппократ, который жил между 460 и 370 г. до н.э., и придумал слово для этой болезни: karkinos. Но поскольку рак, как и многие болезни, является результатом мутации в геноме человека, исследователи говорят, что возможно лечение на основе CRISPR могло бы в один прекрасный день замедлить скорость распространения опухоли или полностью прекратить болезнь.

Некоторая ранняя работа в этой области уже происходит в Китае, где правила, регулирующие использование генного редактирования у людей, более мягкие, чем в Соединенных Штатах.

В октябре 2016 года больной раком легкого в Китае стал первым из 10 человек в мире, получившим инъекцию клеток, модифицированных с использованием CRISPR, сообщает журнал Nature. Исследователи, возглавляемые онкологом доктором Лу Вы в Университете Сычуани в Чэнду, модифицировали иммунные клетки, взятые из собственной крови пациента, и отключили ген, который продуцирует белок, который обычно захватывает раковые клетки, чтобы разделить и размножить. Есть надежда, что без белка раковые клетки не будут размножаться, и иммунная система победит.

Исследовательские группы в Соединенных Штатах также рассматривают способы использования CRISPR для борьбы с раком. Карл Джун, директор по трансляционным исследованиям в Рак-центре Абрамсона в Университете Пенсильвании, и его коллеги получили одобрение в июне 2016 года от Национального института здоровья для проведения клинического исследования 18 пациентов с раком на поздних стадиях меланомы (рак кожи), саркомой (рак мягких тканей) и множественной миеломой (рак костного мозга), согласно заявлению университета. В этом клиническом испытаним исследователи будут использовать CRISPR для изменения трех генов в собственных клетках иммунной системы пациентов, в надежде получить эти клетки для уничтожения раковых клеток в их телах.

В марте 2017 года группа исследователей, возглавляемая доцентом биоинженерии профессором Робби Боулсом из Университета штата Юта, сообщила, что они использовали CRISPR для предотвращения определенных клеток от продуцирования молекул, которые предназначены для разрушения ткани и приводят к воспалению, вызывающему боль, согласно заявлению из университета.

К треьему направлению относят редкие генетические заболевания, такие как амавроз Лебера или синдром Ушера, которые встречаются у одного человека из нескольких десятков тысяч, и для которых на настоящий момент нет лечения. Интересно, что для амавроза Лебера в 2008 году успешно был опробован способ доставки с помощью аденовирусов, которые сейчас являются одними из самых популярных векторов в генной терапии.

Тяжелые генетические заболевания крови, мышц, легких и печени, для большинства из которых существуют способы только симптоматического лечения, например, муковисцидоз и миодистрофия Дюшенна. В качестве способа доставки помимо аденовирусов для них планируется использовать рибонуклеопротеины и липидные наночастицы.

Для всех групп заболеваний в качестве корректирующего механизма Editas планирует использовать технологии, основанные на разных способах репарации ДНК. Эти технологии включают в себя такие механизмы репарации, как негомологичное соединение концов (non-homologous end joining, NHEJ) и гомологичную рекомбинацию (homology directed repair, HDR).

Старт клинических испытаний намечен на 2017 год, и Editas — не единственная компания, заявившая о них. Подобные схемы будущих испытаний уже предложили другие крупные компании — Intellia Therapeutics и Crispr Therapeutics.

Источники:

https://biomolecula.ru/articles/prosto-o-slozhnom-crispr-cas

https://postnauka.ru/faq/59807

http://www.stevsky.ru/meditsina/crispr-cas-krispr-kas-uchastki-genoma-bakteriy-sposobni-izlechit-bolezni-cheloveka-sut-technologii-istoriya-razrabotki-kak-rabotaet

https://trashbox.ru/link/what-is-crispr-future

Код для цитирования: Скопировать