Увидеть CRISPR своими глазами

Тема CRISPR всплывает в последнее время так часто, что не знать о простейших принципах действия этих систем становится даже как-то неудобно. В коротком видео, которое приведено ниже, ученые и 3D-аниматоры наглядно показывают, что именно делают молекулы, механизм работы которых лежит, в частности, в основе многих современных методов геномного редактирования.

Анимация выполнена студией Visual Science в сотрудничестве со Skoltech.

CRISPR — Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, кластер коротких палиндромных повторов, равномерно разделенных вставками. Его функция в природе довольна сложна, хотя и элегантна — это система, которая умеет «записывать» в геноме бактерии кусочки генома вирусов, с тем чтобы при проникновении вируса в клетку распознать его и разрезать на части. По сути это своеобразная книга адресов (или даже «тетрадь смерти»), в которой кусочки потенциально опасной ДНК (спейсеры) перечислены по порядку и разделены одинаковыми вставками-разграничителями (повторами). Рядом с этой книгой в геноме закодированы белки, которые, собственно, и выполняют работы по записи, узнаванию и разрезанию нарушителей границы.

Точный механизм действия всех белков, ассоциированных с CRISPR (они называются «CRISPR-associated, или Cas-белки»), еще не известен (их довольно много), однако то, что удалось узнать, ученые успели успешно модифицировать и заставить работать на себя. Самым известным на данный момент, пожалуй, является инструмент CRISPR/Cas9 (освежить память о нем можно в нашем материале), с которым связано огромное количество исследований. С помощью этой системы ученые могут, например, отыскивать заданную последовательность ДНК, вносить в нее разрез и заменять одни нуклеотиды на другие. Кроме того, систему можно настроить так, чтобы она не разрезала ДНК, а лишь модифицировала ее работу в данном локусе или, например, просто служила флуоресцентной меткой и указывала на свое местоположение.

Такие возможности открыли массу перспектив в плане исследования ДНК, лечения наследственных заболеваний (например, они позволят бороться с серповидно-клеточной анемией и миодистрофией Дюшенна), конструирования заданных характеристик у организмов (в том числе, сельскохозяйственных растений или промышленных бактерий) и многого другого. В 2016 году в США впервые разрешили проводить эксперименты с редактированием человеческого генома. Вскоре после этого были проведены первые исследования с редактированием генома у человеческих эмбрионов.

Более подробно об этой и других системах CRISPR мы ранее беседовали с профессором Константином Севериновым, научным куратором проекта (ознакомиться с этой беседой можно в нашем материале); там же мы обсуждаем и проблемы рисков генетического редактирования и аккуратности работы CRISPR систем.