Свиней для пересадки органов избавили от вирусов при помощи CRISPR-Cas9

Исследователи из американской биотехнологической компании eGenesis клонировали поросят с модифицированным геномом, у которых инактивирован специфический эндогенный вирус свиней (PERV). Генно-модифицированных свиней компания создает, чтобы в дальнейшем использовать их как доноров органов для людей. Научная статья с описанием технологии опубликована в журнале Science, там же можно ознакомиться с заметкой с комментариями исследователей.

С каждым годом число пациентов, для лечения которых требуется пересадка органов, возрастает. При этом количество органов, доступных для пересадки, сильно ограничено, так как обычно их получают посмертно от только что погибших людей. Решить проблему доступности донорских органов могла бы ксенотрансплантация, то есть использование для пересадки органов других животных, например, обезьян или свиней. Врачам известно, что свиные органы совпадают по размеру и функциям с человеческими и хорошо подходят для трансплантации. Однако их использование в клинике пока невозможно по двум причинам — иммунная несовместимость и присутствие в клетках свиней специфического ретровируса.

Эндогенным ретровирусом свиней (PERV — Porcine Endogenous Retrovirus) заражены практически все известные породы домашних свиней. По-видимому, он появился в эволюционной истории свиней еще до одомашнивания, и даже сыграл роль в приобретении некоторых признаков, таких как интенсивность жироотложения.

Особенностью жизненного цикла ретровирусов является стадия интеграции в геном хозяина. Если вирус длительно присутствует в организме, следы его пребывания накапливаются в ДНК. При этом увеличивается как количество неактивных «обломков» генома, так и количество копий активного вируса.

В клинике не было зарегистрировано случаев передачи вируса от свиньи к человеку, несмотря на то, что свиные клетки поджелудочной железы уже использовали для трансплантации людям. Тем не менее, при совместном культивировании свиных и человеческих клеток заражение происходит. В том числе, это показали в своей работе авторы обсуждаемой статьи в Science. Ученые обнаружили, что PERV поражает клетки почек человека, продуцирует там РНК, и количество его копий в геноме увеличивается. Такие зараженные клетки могут, в свою очередь, передавать вирус здоровым клеткам. Таким образом, при использовании крупных свиных органов, таких как сердце и печень, инфекция не исключена. Поэтому условием использования свиных клеток в человеческом теле является инактивация PERV.

«Выключить» ген в клетках с использованием современных технологий генной инженерии не представляет труда, однако большой помехой для инактивации ретровируса является его многокопийность. В 2015 году команде под руководством Джорджа Черча — одного из изобретателей редактирования генома при помощи технологии CRISPR/Cas9 — удалось одновременно выключить в клетках свиней сразу 62 копии вируса. Для того, чтобы «сломать» ретровирус, ученые с использованием Cas9 направленно вносили двуцепочечный разрыв в ген, кодирующий обратную транскриптазу вируса, без которой он неактивен.

В новой работе исследователи тем же способом редактировали клетки соединительной ткани свиньи, чтобы потом использовать ядра этих клеток для пересадки в яйцеклетку (технология, стандартно используемая для клонирования животных). В клетках оказалось 25 копий ретровируса. После нескольких раундов редактирования оказалось, что нужный ген удалось выключить только в трети клеток. По-видимому, накопление большого количества двуцепочечных разрывов запускало программу клеточного самоубийства (апоптоз), что существенно снижало конечную эффективность редактирования. Чтобы избежать самоубийства редактируемых клеток, ученым пришлось проводить эксперимент в присутствии ингибиторов апоптоза. После этого эффективность редактирования достигла 100 процентов. Таким образом, авторам удалось выключить в клетках все 25 копий вируса.

Отключение апоптоза при наличии в клетках большого количества двуцепочечных разрывов может привести к хромосомным перестройкам. Действительно, авторы работы наблюдали такой эффект в большинстве полученных «безвирусных» клеточных линий. Однако при помощи анализа хромосом и выборочного секвенирования некоторых участков генома, удалось отобрать клеточную линию, в которой редактирование не привело к перестройкам или ненужным мутациям. Ядра этих клеток были использованы для пересадки в яйцеклетки и клонирования. 

В результате на свет появились 37 поросят, из которых впоследствии выжило 15. Многочисленные проверки, включающие в себя анализ ДНК и РНК животных показал, что вирус в них полностью неактивен. На момент публикации статьи самому старшему поросенку исполнилось четыре месяца, и он не обнаруживал никаких отклонений в развитии.

Несмотря на то, что ученым удалось успешно избавиться от свиного ретровируса, для того, чтобы использовать свиней в качестве доноров, предстоит решить проблему иммунной несовместимости человека и свиньи. Дело в том, что свиные клетки содержат на поверхности другой набор белков и полисахаридов, нежели человеческие, поэтому ожидаемо вызывают против себя иммунный ответ. Однако представители eGenesis, сооснователем которой является Джордж Черч, утверждают, что работают над этой проблемой и собираются решить ее также при помощи генной инженерии свиней.

Компания eGenesis была основана в 2015 году. Ее целью является создание доноров органов, пригодных для пересадки людям.

Пока что трансплантацию свиных органов отрабатывают на обезьянах. К примеру, ранее мы писали, что павиан со свиным сердцем прожил почти три года.

Дарья Спасская