Помню, когда впервые прочитал о технологии редактирования генома CRISPR-Cas, Я был буквально поражен. Подумать только, человечество уже может редактировать гены! Вырезать ненужные моменты, вставлять нужные. Фантастика!

Шли годы, технология становилась все филиграннее. Ошибки в редактировании генома стали встречаться реже, возможности увеличивались. Опыты на людях уже позволили победить несколько злокачественных новообразований и заставить неработающие ранее ферменты правильно выполнять свои функции. Да, заболевания, которые считались неизлечимыми, начали поддаваться успешному лечению! На мышах и иных животных моделях CRISPR позволяет лечить самые заковыристые вирусные заболевания, включая ВИЧ.

Каждый год приносит новые совершенствования этой технологии не только в эффективности, но и в доступности людям. А иногда CRISPR открывает нам возможности, о которых мы не думали ранее. Об этом мы и поговорим сейчас.

Но для начала быстро вспомним основы. Говоря простыми словами, CRISPR (от англ. clustered regularly interspaced short palindromic repeats) – это специальная микроскопическая структура, представляющая собой специфические группы молекул ДНК, которое благодаря связи с определенными белками семейства CASможет совершать те или иные действия с генетическим кодом. К примеру, связь с белками Cas9 наделяет CRISPR способностью вырезать разные участки генетического кода.

Однако CRISPR способен на большее

Камера!

На основе CRISPR был создан уникальный молекулярный механизм CAMERA  (CRISPR-mediated analogue multi-event recording apparatus), позволяющий узнавать историю клеточного метаболизма. Допустим, когда-то на клетку подействовали определённым антибиотиком или токсином, он оказал определенный внутриклеточный эффект. Чудо современной технологии CAMERA расскажет об этом!

Нередко в медицине встречаются ситуации, когда становится непонятно, чем обусловлено плохое состояние пациента. Каким внешним воздействиям он мог быть подвержен. Теперь же есть возможность установить этакие внутриклеточные «черные ящики», которые будут записывать всю историю взаимодействия посторонних веществ с клеткой. Это принципиально новые возможности, которые, в первую очередь, существенно продвинут вперед отрасль исследований точного воздействия веществ на организм. Те же геропротекторы (препараты «от старости») станет создавать проще, понятнее и эффективнее.

Ранее предлагались варианты создания «внутриклеточных рекордеров» (вспомнить хотя бы SCRIBE 2014 года). Однако CAMERA эффективнее (работает с гораздо меньшим числом клеток, на которые было оказано воздействие, а также может записывать несколько сигналов от разных веществ одновременно.

Да, понять это непросто. Да, нужны будут еще немало исследований. Но еще одна прекрасная дверь в мир работы с внутриклеточными структурами открыта, и это – великое достижение.

Следопыт-уничтожитель

Но CRISPR показал себя также и в качестве прекрасного «следопыта». При объединении его с белком Cas12 полученный молекулярный механизм (Система DETECTR) не просто находит нужный участок ДНК и вырезает из него определенные гены, но он также начинает неистово охотится за заранее определенными другими молекулами ДНК и уничтожать их.

Проделан интересный эксперимент. Есть немало типов вируса папилломы человека (ВПЧ), некоторые из них вызывают злокачественные онкологические заболевания. Проблема в том, что очень многие из нас живут с этими вирусами, а значит имеют увеличенный риск возникновения онкологии. Да, методы лечения этих вирусов предложены, но они, кхм… Хромают на обе ноги, скажем так.

Итак, исследователи взяли микс из множества ВПЧ и «запрограммировали» систему DETECTR найти два опасных типа вируса и уничтожить их. Система справилась!

Как говорит автор исследования: «Этот белок работает как надежный инструмент обнаружения ДНК из разных источников! Мы хотим раздвинуть пределы технологии, которая имеет потенциальное применение в любой диагностической ситуации, где есть компонент ДНК, включая рак и инфекционные заболевания».

Методика нуждается в существенной доработке, так как не определена потенциальная опасность для человека. Будет ли DETECTR резать нужные нам ДНК?.. Было бы здорово, если бы такая же технология могла хотя бы находить все клетки пораженные вирусом или онкологическим процессом (по измененным ДНК) и просто указывать на них. А справляться бы могли и другим путем. Стоп! Так ведь именно такую поисковую работу может выполнять наша следующая модификация CRISPR…

Шерлок!

SHERLOCK —  Specific High Sensitivity Reporter unlocking использует уже Cas13 в качестве режущего инструмента. Да Cas13, как и свой собрат под номером 12, тоже после вырезания определенного гена хочет еще кромсать и резать. Однако совместно с SHERLOCK исследователи придумали внедрять в организм, так называемые, «жертвенные» молекулы РНК, которые создают сигнал после разрезания.

Итого. Заражается человек вирусом Эбола. Мы впускаем в него меченные «жертвенные» РНК и SHERLOCK. Cas13 находит вирус – кромсает его, впадает в буйство и рушит жертвенные РНК. В местах, где есть вирус, мы начинаем определять сигнал.

Этого мало? Тогда вот вам еще! В прошлом месяце миру представлен SHERLOCK 2.0, который в 100 раз чувствительнее оригинала и может четыре различные цели одновременно!

Не обязательно запускать SHERLOCK в организм. Технология может показать самое минимально количество генетического материала вирусных частиц, злокачественных образований или ДНК, указывающее на процессы старения клеток, даже в небольшом количестве биологических жидкостей.

Невероятно!