XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

CRISPR Cas – это технологическая система, позволяющая эффективно вносить изменения в геномы культивируемых клеток высших организмов, основывающиеся на иммунной системе бактерий. CRISPR Cas обладает высокой специфичностью и эффективностью своей работы, отличается простотой создания генетических комплексов.

Ещё несколько лет назад использование генно-инженерных технологий в практической медицине не представлялось возможным, поскольку не было достаточно надежной и эффективной системы редактирования генома человека. Всё изменилось с созданием системы Crispr Cas9, которая позволяет с большой точностью и при относительно небольших финансовых затратах произвести редактирование генома. Необходимо отметить, что данная технология является универсальной и позволяет проводить манипуляции с геномом любого организма на земле.

Изначально технология начала применяться в исследовательских целях, но в последующем ученые поняли, какую большую пользу может принести CRISPR. В настоящее время биологами, врачами, бизнесменами предлагается множество потенциальных применений технологии Crispr, их можно разделить по отраслям: медицина и биология.

Наиболее перспективным направлением использования CRISPR является медицина. Её можно условно подразделить на ряд сфер применения: генная терапия, создание новых лекарственных препаратов, клонирование.

Генная терапия – это развивающаяся область медицины, которая позволяет производить направленное редактирование генома с целью устранения генных мутаций, которые могут привести к развитию заболеваний. В исследовании Y.Wu и его коллег (2013) была наглядно показана возможность устранения мутаций в гене Crygc, который ответственен за развитие катаракты у мышей. Это было достигнуто посредством технологии CRISPR Cas9, а именно путем введения в зиготу мыши мРНК Cas9 и соответствующей sgРНК. Мыши родившиеся в результате терапии были здоровы, сохраняли фертильность и передавали отредактированный аллель последующим поколениям [1]. Так же в исследованиях Saayman S. и соавторы (2015) в эксперименте на животных показал возможность лечения ВИЧ-инфекции. Так как основной мишенью вируса иммунодефицита человека являются клетки экспрессирующие на своей поверхности CD4+ (главным образом лимфоциты), то ученые решили ввести инфицированным животным собственные иммунные клетки, отредактированные с помощью технологии CRISPR Cas. Спустя время было установлено, что 40% популяции лимфоцитов не были заражены ВИЧ-инфекцией [2]. Помимо этих заболеваний в литературе описаны эксперименты на животных, которые позволяют лечить такие заболевания, как: муковисцидоз, фенилкетонурию, миодистрофию Дюшена, гемофилию и другие [3].

При медицинских исследованиях был разработан метод извлечения генома ВИЧ-1 из пораженных клеток с использованием системы CRISPR/Cas9. При помощи данного метода исследователи смогли вырезать фрагмент вирусной ДНК, расположенной между 5'- и 3'-концами из хромосом в культуре зараженных клеток. Данный метод также является эффективным для профилактики заражения неинфицированных клеток [4].

С помощь системы CRISPR/Cas9 проводятся клинические испытания для борьбы с раковыми клетками.Исследователи взяли Т-лимфоциты у исследуемого пациента  и удалили в них ген,кодирующий белок PD-1 (Programmed cell death ) замедляющий иммунный ответ и предоставляющий опухолевым клеткам возможность избежать инактивации, исчезая из вида иммунной системы. После изменения в геноме клетки культивировали, а затем с помощью инъекций вводили обратно пациенту. Измененные клетки будут активнее разрушать клетки опухоли [5].

CRISPR/Cas9 можно использовать и для лечения болезни Гентингтона. Путем специфического выключение мутантной копии гена, c использованием белка Cas/9, он вносит в ДНК однонитевые разрывы.

Технология CRISPR также обладает огромным потенциалом в лечении наследственных заболеваний человека; способна эффективно уничтожать чужеродную ДНК ретровирусов.

Биологический аспект применения CRISPR Cas системы неразрывно связан с такими отраслями сельское хозяйство и животноводство. Потенциальная эффективность данной системы намного выше существующих ныне методов улучшения сортов по признакам, имеющим моно- и олигогенный контроль. В сельском хозяйстве, благодаря данной системе, становится возможным улучшение хозяйственно-полезных признаков, путём кодирования ферментов, участвующих в биосинтезе различных энергетических веществ. Так, например, были созданы сорта кукурузы и картофеля, у которых посредством CRISPR был отредактирован ген waxy, что привело к синтезу крахмала более выгодным для человека содержанием амилозы и амилопектина. Это лишь один из множества примеров использования CRISPR в биологии.

Литература:

1.fhttps://elibrary.ru/download/elibrary_26722949_72671182.pdf Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016;20(4):493-510

2.https://elibrary.ru/download/elibrary_26600313_87829568.pdf Гены & клетки Том XI, № 2, 2016

3. https://elibrary.ru/download/elibrary_26501583_57514169.pdf БИОХИМИЯ, 2016, том 81, вып. 7, с. 870 – 88

4. https://elibrary.ru/download/elibrary_29290278_49922616.pdf. Международный научный журнал «Синергия наук» 2017. №11 С. 726-732.+

5. Dolan D.E. and Gupta S. (2014). PD-1 pathway inhibitors: changing the landscape of cancer immunotherapy. Cancer Control. 21, 231–237.+