Ученые из США и России создали наночастицы, способные редактировать ДНК
Биологи из MIT, "Сколтеха" и МГУ впервые смогли соединить перспективный геномный редактор CRISPR/Cas9 с наночастицами, способными проникать в клетки человека и других живых существ, и проверили их работу на мышах, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Biotechnology.
"Как мне кажется, создание полностью синтетических наночастиц, способных включать и выключать определенные гены, поможет нам избавиться не только от генетических болезней печени, но и других проблем со здоровьем. Теперь у нас появился шанс победить многие болезни, исправляя гены в органах взрослых людей", — заявил Дэниел Андерсон (Daniel Anderson) из Массачусетского технологического института (США).
За последние годы биологи создали сразу несколько очень точных и перспективных редакторов ДНК, позволяющих легко удалять или заменять отдельные гены, не трогая при этом остальной части генома, и даже исправлять мутации длиной в одну "букву"-нуклеотид. Их открытие вызвало революцию в мире науки, однако прорыва в сфере медицины, за исключением пары очень рисковых операций, пока не произошло.
Причина этого проста – TALEN-нуклеазы, CRISPR/Cas9 и другие геномные редакторы необходимо доставить в клетку для того, чтобы они могли начать "починку" или редактирование ДНК. Сами по себе они проникнуть туда не могут, и в живом организме эту задачу пока можно решить только одним способом, используя специальные ретровирусы.
У ретровирусов есть множество недостатков, не позволяющих применять их в медицинской практике. К примеру, места внутри них не хватает для того, чтобы разместить там самые точные версии геномных редакторов, а иммунная система начинает распознавать вирусы после первой инфекции, что не позволяет использовать их для повторного проведения той же или другой генной терапии.
Андерсон и его коллеги, в том числе Виктор Котелянский и Тимофей Зацепин из "Сколтеха" и МГУ, сделали первый шаг к решению этой проблемы, создав первые в мире наночастицы, способные доставлять в клетки человека и других млекопитающих различные компоненты CRISPR/Cas9, одного из самых "продвинутых" геномных редакторов.
Для их создания ученые проанализировали структуру различных компонентов CRISPR, в том числе и "шаблонов" для чтения и вырезания генов, и нашли в них те участки, которые можно присоединить к другим молекулам, не нарушая при этом их работы. Как оказалось, примерно 30% "букв" в этих шаблонах и в "заготовках" белка Cas9 можно использовать для их прикрепления к наночастицам, не вызывая при этом существенного снижения в их эффективности.
Используя эти сегменты CRISPR/Cas9, ученые подготовили набор жировых наночастиц, способных проникать внутрь клеток, и покрыли их компонентами геномного редактора. Эти молекулы был предназначены для удаления дефектной версии гена PCSK9, связанной с аномально высокими концентрациями холестерина в крови и преждевременной смертью от болезней сердца и сосудов.
Работу этих наночастиц ученые проверили на мышах, имевших подобные "опечатки" в ДНК. Как показали эти опыты, наночастицы успешно проникли и исправили дефект в PCSK9 в примерно 80% клеток, что снизило уровень холестерина в их крови на 35% и спасло животных от преждевременной смерти.
Аналогичным образом, как считают ученые, "нановерсию" CRISPR/Cas9 можно использовать для борьбы с другими генетическими болезнями.