Дневники

35. Про новинки в биотехнологии

• 1 авг. 24 | 15:42 — 433 0
  Лидия

  Добрый день, дорогие азбуковчане!

   В продолжение моих научпоп дневников расскажу про редактирование генов, а также про самый дорогой препарат в мире. Вообще задумывала свои научпоп дневники как цикл из 3х, так что этот дневник, это продолжение темы дневников 20 и 22. Будет более понятно, если читать их все вместе, последовательно.

   

   Что это вообще такое, редактирование генов?

  Технология CRISPR (ну она как-то сложно расшифровывается) – это прорыв в медицине и биотехнологии. За это открытие была присуждена Нобелевская премия в 2020 г. Технология эта очень простая в исполнении, т.е. можно это делать быстро, просто и дешево. Она позволяет сломать, починить, заменить любой ген в геноме. Это, в частности, можно использовать и уже используется для лечения генетических заболеваний, когда заболевание вызвано мутацией какого-то гена, который кодирует неправильный белок, и в организме некорректно работает какая-то функция. Ген просто меняется на правильный, и человек полностью излечивается (в идеале).

   

  Как открыли?

  Один молодой аспирант копался в грязи, изучал бактерий из этой грязи и нашел, что у них 40% в ДНК занимают какие-то странные куски, которые состоят из повторяющихся участков (палиндромные повторения), между которыми есть уникальные участки (спейсеры), назвали всю эту последовательность CRISPR.

   

  Картинка в первом комментарии, забыла, как вставлять их в дневник. А ведь раньше умела.

  

  Смешная конструкция с головой и ножками  сверху – это бактериофаг (см. объяснение ниже)

   

  Стали думать и гадать, что это. Оказалось, что почти у всех бактерий такая штука есть. А потом они поискали в Банке Генов (GenBank – Это типа Гугл, туда все ученые мира заливают прочитанные гены и ищут похожие последовательности) и обнаружили, что эти отличающиеся части в последовательности (спейсеры) – это ДНК бактериофагов (это такие вирусы, которые вызывают болезни бактерий, т.е. бактерии тоже болеют и умирают из-за вирусов). Так вот – эти участки CRISPR – это как бы «иммунная память» бактерий. У них в геноме зашифрованы куски геномов вирусов-врагов (как будто фотки преступников в полиции), и когда такой бактериофаг - «преступник» попадает в клетку бактерии, если его «фотка» есть, то эта фотка (т.е. участок ДНК бактерии, где записан кусок генома вируса) копируется из ДНК бактерии и вместе со специальным «режущим» белком, попадает в бактериофаг и режет ДНК в бактериофаге, он погибает. А если в бактерию попал «преступник», «фотки» (т.е. куска генома) которого еще нет в геноме бактерии, то почти все бактерии погибают, но те, что выживают и справляются, копируют ДНК этого бактериофага в свой геном (как бы делают «фотку») и уже их потомки имеют иммунитет к этому бактериофагу, который передается по наследству.

   

  А Нобелевку дали за то, ученые научились применять эту технологию «разрезания» вообще во всех организмах, т.е. научились разрезать любой фрагмент ДНК, вырезать то, что не надо, и вставлять то, что надо. И ученые начали все это делать в любых организмах, и в человеческих тоже (на мой взгляд, как обезьяна с гранатой, потому что геном очень сложная структура, там еще и эпигеном есть, и когда человек, как с топором, туда приходит и начинает, особо не понимая всех процессов, там все радостно вырезать и вставлять, может произойти что-то плохое. Пока, Слава Богу, не разрешают делать это в клетках эмбрионов и в половых клетках, чтобы измененные геномы не передавались по наследству, т.е. это все только у конкретной особи, если она умирает, то измененный геном тоже умирает). Пока идет только экспериментальное использование этой технологии на людях, если риск смерти настолько велик, что любое лечение оправдано. Но перспективы этой технологии огромны.

   

  Если, по сути, то эти ученые сделали такой комплекс из белка (Cas9), который режет ДНК, и направляющей РНК, которая наводит белок на то место, которое нужно отрезать. Потом вставляет на место отрезанной ДНК нужный кусочек с правильной версией гена.

   

   А сейчас уже ученые могут не разрезать ДНК, просто химическим путем редактируют гены, меняя азотистые основания на нужные.

   

  Про лечение человека с помощью изменения генов.

  Сложности возникают при доставке этого редактирующего комплекса или правильного гена в нужные клетки человека. Клетки так-то не пропускают чужеродную ДНК.

   

  Пример 1. Серповидно-клеточная анемия. Это такая генетическая болезнь – мутация в гене одного из белков, входящих в состав гемоглобина, гемоглобин внутри эритроцитов слипается, эритроциты разрушаются и образуются тромбы, и много чего еще, качество жизни пациента плохое, ранние смерти, лечение – это пересадка костного мозга, переливания крови чуть ли не каждый месяц. У пациентки взяли костный мозг (он отвечает за кроветворение) и изменили там этот неправильный ген, сделали его таким, как у здоровых людей, размножили и пересадили ее же костный мозг назад, предварительно убив остатки ее костного мозга с неправильным геном химиотерапией. Согласно исследованиям, в течение следующего года пациентке ни разу не потребовалось переливание. Т.е. реально вылечили. Это пока только экспериментальное лечение, в индустрию еще не вошло.

   

  Пример 2. Пациент был болен ВИЧ, на фоне ВИЧ начался лейкоз (рак крови). Лечение лейкоза проводят пересадкой костного мозга. В природе есть люди, у которых произошла мутация одного гена, и вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) не может проникнуть в клетку. Таким образом, эти люди устойчивы к ВИЧ. Так вот, взяли костный мозг донора и изменили там этот ген, внесли в него эту самую мутацию. Пересадили его больному ВИЧ и вылечили и от лейкоза, и от ВИЧ. Это тоже в рамках единичного эксперимента. Наблюдают пока.

   

  Пример 3. Появился уже одобренный FDA (в РФ тоже зарегистрировали в прошлом году) препарат, который работает на основе генной инженерии. Это Золгенсма. Одна доза (нужна всего одна) стоит 2,1 млн. долларов (я работала в компании-производителе этого препарата, поэтому мне так интересно). Это препарат от самого частого из редких (орфанных) генетических заболеваний, от СМА. Писала про механизм его проявления в дневнике 20. Оба родителя должны быть носителями рецессивной мутации этого гена. Это примерно каждый 40-ой. Если оба родители носители, то в 25% рождается ребенок с таким заболеванием.

   

  СМА - генетическая болезнь, связанная с атрофией скелетной мускулатуры, дети с 1м типом такой болезни не проживали и нескольких лет, а после введения препарата излечивались постепенно (все индивидуально, зависит от возраста введения дозы и других факторов, но все же прогресс, а не регресс отмечают практически все). Вся сложность – в доставке нужного гена в клетки, которые продуцируют этот белок (клетки мотонейронов в головном и спинном мозге). Ученые взяли вирус, который может проникать через гемато-энцефалический барьер, убрали его собственную ДНК и вместо нее поместили ген для продуцирования правильного белка. Вся эта конструкция называется вектор. Вирус этот прицельно идет к мотонейронам, входит внутрь клетки и высвобождает правильный ген, а сам разрушается и выходит.

  

  Риски

  Риски есть, и их много, та же Золгенсма сильно влияет на печень. Технология CRISPR кажется высокоспецифичной, но никто пока не знает, что будет с этими пациентами в будущем. При этом сейчас идет взрывной рост разных новых способов редактировать генном и эпигеном. В России, кстати, тоже есть компания БИОКАД, где также разрабатывают подобные препараты и используют вирусы для доставки лекарств в нужное место.

   

  P.S. во втором комментарии песенка Екатерина Яшникова – 10 кошек 

   

  Фсё. Ушла страдать дальше. Потом зайду комменты ваши почитать.