Ученые из Университета Сунь Ятсена в Гуанджоу впервые в мире направленно модифицировали геном человеческих эмбрионов с помощью техники CRISPR/Cas9. Эффективность и избирательность процедуры оказалась гораздо ниже, чем в уже исследованных животных моделях и в культуре клеток человека. Модификация эмбрионов и половой линии человека запрещена в США и большинстве стран Европы. Ученым не удалось опубликовать результаты своей работы ни в Nature, ни в Science, их статья появилась в журнале Protein & Cell. Кратко об этом пишет редакция сайта Nature.
Исследователи, по их словам, работали с «нежизнеспособными» зиготами, которые не могут развиться в плод. В ходе эксперимента в оплодотворенные клетки (на стадии трех пронуклеусов) инъецировали фермент и генетическую конструкцию, которые должны были заменить один из собственных генов эмбриона на его инъецированную копию. В качестве целевого ученые выбрали ген бета-цепи глобина (части гемоглобина), мутации в котором вызывают множество генетических заболеваний, например талассемию. Потенциально, в результате такой замены, если она проходит эффективно и селективно (то есть не затрагивает другие участки ДНК), можно полностью вылечить это генетическое заболевание.
Всего ученые инъецировали 86 зигот, из которых 71 выжила после процедуры, и 54 было отобрано на исследование. Эти клетки были отсеквенированы. Оказалось, что в 28 из них фермент Cas9, который должен был произвести надрез (двунитевой разрыв) в ДНК, справился со своей задачей. Однако только в четырех клетках инъецированная рабочая копия гена заменила исходную. Кроме того, ученые обнаружили множество потенциально опасных следов разрыв, которые фермент Cas9 внес вне гена бета-глобина. Учитывая, что в ходе анализа результатов авторы секвенировали не весь геном, а только экзом модифицированных эмбрионов, таких «промахов» может быть гораздо больше, чем увидели ученые: экзом – совокупность работающих генов, а полный геном содержит во много раз большие по совокупной длине межгенные участки.
По словам лидера научной группы, ученые разочарованы низкой эффективностью и неселективностью метода: «Если вы хотиде делать это [генетическую модификацию] на нормальных эмбрионах, вам нужна эффективность, близкая к 100 процентам. Вот почему мы остановились. Нам кажется, эта технология пока слишком сырая».
Возможность применения технологии CRISPR/Cas для модификации половой линии человека в последнее время активно обсуждается в научном сообществе. Так, в недавнем выпуске Nature трое специалистов по модификации ДНК эукариот (в том числе Федор Урнов, один из изобретателей альтернативной технологии направленных нуклеаз ZFN) призывали не применять технологию CRISPR/Cas9 в работах на людях из-за непредсказуемости последствий на данном этапе развития метода.
Система CRISPR/Cas9 была открыта в геноме бактерий, где она выполняет роль антивирусной защиты. Принцип ее действия во многом аналогичен РНК-интерференции у эукариот: потенциально вирусные последовательности распознаются специальными ферментами и уничтожаются. Если в РНК-интерференции процесс запускает обнаружение в клетке двуцепочечной РНК, то в системе CRISPR/Cas9 потенциально опасные последовательности сравниваются с шаблонами, хранящимися в особых кассетах в геноме. Распознает эти последовательности нуклеаза Cas9, которую направляют транскрибированные из кассет РНК. Впервые обнаружить эти кассеты в геноме бактерий (но не объяснить их функцию) удалось в 1987 году группе Ишино, значительно позже Евгений Кунин с коллегами нашли ассоциированные с кассетами CRISPR гены Cas, в том числе нуклеазу Cas9.
За последние годы система CRISPR/Cas9 стала крайне популярной методикой модификации генома у модельных организмов. Кроме того, ее модификацию использовали для создания крайне
в популяциях паразитов. Авторы методики предлагали использовать это для биологического контроля передаваемых паразитами заболеваний, например малярии. Однако многие ученые считают, что пока эта технология очень опасна с точки зрения экологии.
Исследователи из Университета Лунда (Швеция) проанализировали эффективность методов сокращения выброса парниковых газов индивидуальными домохозяйствами, которые обычно рекомендуют официальные источники для снижения углеродного следа отдельным человеком. Оказалось, что большинство популярных рекомендаций касательно экологии, представленных в том числе в школьных учебниках, относительно неэффективны. Самыми действенными методами в борьбе с парниковыми газами оказались отказ от автомобиля, авиаперелетов, отказ от мяса и снижение количества детей в семье. Работа опубликована в журнале с открытым доступом Environmental Research Letters.