Не хочешь идти в больницу? Закажи вывод из запоя на дому в Ярославле онлайн. . аппарат узи для животных купить цена

Бактерии, Вирусы и Медицина будущего

          Каждая клетка в нашем теле содержит копию целого генома, примерно 20000 генов, записанных на длинную молекулу ДНК. Тысячи гены делают нас теми, кем мы являемся. Более того, определенные гены оказывают значительное влияние на наше здоровье, что приводит нас к необходимости изучать комплексное действие генов на наш организм, определять последовательность ДНК или по-научному – «секвенировать». Для того, чтобы понять, как работают гены, исследователям нужны инструменты для управления ими. «Редактировать» гены в живой клетке задача прямо скажем нетривиальная, однако не так давно было сделано многообещающее открытие, которое дает широчайшие возможности для изменения генов любого живого организма, в том числе и человека. Им стало обнаружение CRISPR*/Cas системы бактерий.

          Известно, что от вирусов страдают не только животные и растения, но и миниатюрные бактерии. Однако до недавнего времени считалось, что бактерии не обладают каким-либо иммунитетом к вирусам – бактериофагам, беспомощны перед вторжением смертельных врагов. Факты же говорили обратное: вирусы по-разному заражают различные штаммы (близких родственников) одной и той же бактерии. Некоторые штаммы — например, кишечной палочки — заражались легко и быстро распространяли инфекцию по колонии. Другие заражались очень медленно или вовсе были устойчивы к вирусам. Биологам потребовалось два десятилетия, чтобы разобраться в такой избирательной устойчивости бактерий. Как выяснилось, способность определенных штаммов бактерий противостоять вирусам объясняется наличием у них специальных ферментов-нуклеаз, иными словами белковых машин, физически разрезающих вирусную ДНК. Особенность этих белков в том, что они распознают короткую, строго определенную последовательность ДНК. Бактерии «натравливают» эти ферменты на редкие последовательности, присутствующие именно в вирусной ДНК.

          Суть работы CRISPR/Cas системы бактерий или «Криспера» заключается в следующем. Когда бактерия попадает под вирусную атаку, она копирует фрагмент чужеродной ДНК в специальное место, базу данных в собственном геноме (этой «библиотекой» вирусов и является CRISPR). На основе полученной информации бактерия создает РНК-гид, способный распознавать вирусные гены и связываться с ними, если вирус попытается снова заразить бактерию.

          РНК-гид сам по себе безвреден для вируса, но не его коллега-нуклеаза: белок Cas9. Он представляет собой «карающую длань», ответственную за разрушение вирусных генов. РНК-гид, прикрепляясь к вирусной ДНК, «направляет» Cas9, после чего происходит двуцепочечный разрез вирусной ДНК – уничтожение вторгнувшегося врага.

 

          Итак, вся система CRISPR/Cas состоит из трех главных составляющих:

  1. ДНК-библиотека встреченных вирусов (CRISPR);
  2. РНК-гид, сделанный на основе вирусной ДНК, способный распознать вирус;
  3. Белок Cas9 в комплексе с РНК-гидом, разрезающий вирусную ДНК точно в том месте, в котором РНК-гид связывается с вирусной ДНК;

 

         Каждый штамм бактерии имеет свой собственный арсенал таких CRISPR/Cas систем и, таким образом, реагирует на определенный набор последовательностей в геноме вируса, что и объясняет замеченную исследователями различную устойчивость штаммов одной и той же бактерии к вирусам.

 

 

          Напрашивается резонный вопрос: почему за эту систему защиты так сильно ухватились исследователи со всего мира? Ответ лежит буквально на поверхности – CRISPR/Cas обладает огромным потенциалом с точки зрения генной инженерии и медицины.

 

          «Криспером» можно редактировать ДНК на месте, прямо в живой клетке. Это позволяет не просто изготавливать искусственные гены, но и «редактировать» целые геномы: например, удалять одни гены и вставлять вместо них новые. В будущем это позволит целиком удалять из генома взрослого человека дефектные гены — например, вызывающие рак.

 

         Но ценность «Криспера» не ограничивается разрушающей функцией. Как отмечают многие авторы, эта система — первый известный нам инструмент, с помощью которого можно организовать «встречу» определенного белка, определенной РНК и определенной ДНК одновременно. Это само по себе открывает огромные возможности для науки и медицины.

 

          Например, у белка Cas9 можно отключить нуклеазную функцию (разрушение ДНК), а вместо этого привязать к нему другой белок — скажем, активатор гена. С помощью подходящего РНК-гида получившуюся пару можно отправлять в нужную точку генома: например, к плохо работающему гену инсулина у некоторых диабетиков. Организуя таким образом встречу активирующего белка и выключенного гена, можно прицельно и тонко настраивать работу организма.

 

          Итак, CRISPR/Cas система бактерий как инструмент в руках человека открывает неограниченные возможности для регуляции живых систем, но, как мы знаем, такие «возможности» несут и крупные риски. Сможем ли мы распорядиться «даром природы» во благо? Время покажет.

 

* CRISPR — Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats

(Короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами)

 

Ссылкинаиспользованные ресурсы:

1)    http://gizmodo.com/everything-you-need-to-know-about-crispr-the-new-tool-1702114381

2)    http://theoryandpractice.ru/posts/8508--dna-cutting

3)    http://www.sciencemag.org/site/extra/crispr/?intcmp=HP-COLLECTION-PROMO-crispr

 

 

Перевод и составление дайджеста Слонимский Ю.Б.(Московский Государственный Университет).