В последние годы генетическая инженерия совершила беспрецедентный скачок, открыв эпоху, в которой изменять «инструкции жизни» становится все проще и точнее. Ключевую роль в этой революции играют такие технологии, как CRISPR-Cas9, часто называемые «генетическими ножницами». Однако поиск еще более щадящих и универсальных методов редактирования генома продолжается, и недавнее открытие может кардинально изменить правила игры.
Международная команда исследователей, вдохновленная естественной эволюционной «гонкой вооружений» между бактериями и вирусами, разработала принципиально новую методику редактирования ДНК. Совместная работа ученых из Института Гельмгольца по изучению РНК-инфекций (HIRI) в Германии, Университета штата Северная Каролина в США и Швейцарской высшей технической школы Цюриха привела к созданию так называемого «дополняющего редактирования». В отличие от существующих методов, которые разрезают или заменяют участки ДНК, новая технология действует тоньше — она присоединяет к ДНК небольшие химические группы, добавляя новый уровень контроля над геномом.
В основе инновации лежит природный защитный механизм бактерий. Когда вирус-бактериофаг пытается заразить клетку, специальный бактериальный фермент DarT2 прикрепляет к вирусной ДНК химическую метку — АДФ-рибозу. Эта метка, подобно молекулярной «липкой заметке», блокирует размножение вируса. Второй фермент, DarG, служит предохранителем, удаляя эти метки в отсутствие угрозы. Ученые смогли преобразовать эту защитную реакцию в целенаправленный инструмент для редактирования генома.
«Дополняющее редактирование» отличается от классических подходов тем, что не разрезает спираль ДНК, а лишь прикрепляет к ней химические «сигналы». Эти сигналы заставляют собственные системы клетки вносить точечные генетические изменения. Удивительно, но результат этого процесса сильно зависит от типа организма. В бактериальных клетках метки запускают сложный процесс, позволяющий встраивать в геном большие, заранее спроектированные последовательности ДНК с высокой точностью.
В то же время в эукариотических клетках, к которым относятся клетки грибов, растений и человека, реакция совершенно иная. Химическая метка побуждает клетку изменить идентичность «помеченного» основания ДНК, фактически превращая одну генетическую «букву» в другую. Такая изменчивость реакции стала неожиданностью для ученых. По словам Чейза Байзела, руководителя отдела в HIRI, это открытие подчеркивает гибкость клеточных механизмов, которую можно использовать для создания уникальных стратегий редактирования, адаптированных под каждый конкретный организм.
Потенциал применения новой технологии огромен. В микробиологии она открывает беспрецедентные возможности для точного внесения больших и сложных изменений в геномы бактерий. Это можно использовать для «улучшения» полезных микробов, живущих в организме человека, или для изучения механизмов инфекций и устойчивости к антибиотикам. В медицине и сельском хозяйстве метод точечной замены оснований ДНК предлагает более мягкую альтернативу существующим практикам, что может стать ключом к лечению наследственных заболеваний и созданию устойчивых сортов растений с минимальным риском непреднамеренных повреждений генома.
Хотя перспективы «дополняющего редактирования» очевидны, для его внедрения в клиническую и аграрную практику потребуются дальнейшие исследования. Необходимо оптимизировать системы доставки, обеспечить максимальную точность и изучить долгосрочные последствия таких модификаций. Тем не менее, исследователи полны оптимизма, считая свою работу, опубликованную в престижном журнале Nature Biotechnology, новой главой в истории генной инженерии, где природа сама подсказывает ученым путь к прорывным технологиям.
