Швейцарские учёные революционизировали метод редактирования генома CRISPR-Cas, значительно расширив его возможности. Кроме того, повышение точности и гибкости редактирования генома открывает возможности для более безопасных и эффективных вмешательств, снижая риск нежелательных генетических модификаций.
Ген — вырезать, вставить. Нобелевскую премию по химии дали за технологию редактирования генома
Был обнаружен целый ряд механизмов коррекции ДНК, созданных природой, что открывает путь для беспрецедентных подходов к редактированию генома. Изучив три крупные общедоступные базы данных, охватывающие самые разные бактерии - от найденных в угольных шахтах и на пивоваренных заводах до антарктических озер и собачьей слюны, - ученые обнаружили поразительное разнообразие CRISPR-систем. Одни из них нацелены на ДНК человека, другие - на РНК, что позволяет предположить их будущее применение для лечения, диагностики или мониторинга молекулярной активности в клетках.
К ним относится синдром Дауна, болезнь Шарко-Мари-Тута ШМТ , некоторые формы шизофрении и определенные виды онкологических заболеваний. Freepik При этом создатели технологий нейросетевого редактирования генов отметили, что она предусматривает ряд запретов в связи с этическими стандартами. К примеру, запрет на редактирования клеток зародышевой линии. Искусственный интеллект помогает расшифровывать рентгеновские снимки, делать заключение по анализам крови, предлагать возможные диагнозы и варианты лечения пациентов.
Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается. Одна из задач Десятилетия — рассказать, какими научными именами и достижениями может гордиться наша страна. В течение всего Десятилетия при поддержке государства будут проходить просветительские мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаться образовательные платформы, конкурсы для всех желающих и многое другое.
В законах КНР, в отличие от многих других стран, нет прямого запрета на работу с генами эмбрионов. Но этические нормы, выработанные Министерством науки и технологии и Министерством здравоохранения Китая, запрещают подсаживать генетически модифицированные зародыши женщинам в ходе процедуры экстракорпорального оплодотворения дети были зачаты именно с ее помощью. Национальная комиссия по здравоохранению Китая заявила, что тщательным образом проверит законность действий ученого. Представители Южного университета науки и технологий Шэньчжэня ЮУНТ , где он работал, заявили, что ничего не знали об экспериментах с геномом человека. В университете заявили, что ученый находится в отпуске с февраля 2018 г. Более 120 китайских ученых написали открытое письмо, в котором осудили своего коллегу и призвали правительство резко ограничить работу с генами человека.
В России модифицировали систему геномного редактирования
Ошибки в последовательности "букв" ДНК, в которых записаны инструкции для каждой человеческой клетки, приводят к таким заболеваниям, как муковисцидоз, болезнь Тей-Сакса и серповидно-клеточная анемия. С помощью методов редактирования генов, способных переставлять эти буквы местами, ученые иногда могут исправить эти ошибки. Читайте также: Тропоэластин: Найден способ полностью восстановить сердце после инфаркта. Другие нарушения возникают не из-за дефектов в самом коде, а из-за ошибок считывания ДНК клеточным механизмом это называется эпигенетическими нарушениями. Ген, который сообщает клетке, как производить определенный белок, обычно взаимодействует с другими молекулами, называемыми факторами транскрипции, определяющими, сколько именно такого белка нужно произвести. Поэтому ученые ищут способы вернуть эпигенетическую активность в исходное состояние. Одним из методов, позволяющих изменить и отрегулировать гены, является система редактирование генома "цинковыми пальцами". Цинковые пальцы - один из самых распространенных типов белковых структур в нашем организме. Они могут регулировать процесс восстановления ДНК путем захвата ферментов и вырезать неправильные части кода. Мотив цинкового пальца или домен цинкового пальца - это распространенный белковый мотив, который связывает ионы цинка и образует структуру, похожую на палец.
Эта пальцеобразная структура связывается с основной бороздкой ДНК и регулирует ее транскрипцию. Цинковые пальцы обычно состоят из нескольких бета-листов и альфа-спиралей, а остатки цистеина и гистидина удерживают ионы цинка вместе. Они содержатся в различных белках, включая факторы транскрипции, ДНК-связывающие белки и ферменты.
При этом они отмечают, что США уже принимают законодательные меры, чтобы препятствовать передаче генетических данных «в такие страны, как Китай и Россия». Ранее стало известно, что США подозревают Северную Корею в обладании технологическим потенциалом в генной инженерии, а также в потенциальной разработке биологического оружия. В частности, Вашингтон подозревает Пхеньян в возможных попытках редактировать геном.
Необходимо сделать нерабочей одну копию, но вторую оставить без изменений. Систему нацеливают на этот ген и отключают после того, как она выполнит нужное действие. Система геномного редактирования состоит из двух компонентов: белка и нуклеиновой кислоты — РНК, которая направляет белок на определенный фрагмент ДНК, чтобы разрезать его в необходимом месте. При облучении мягким ультрафиолетом в заданный момент времени они инактивируют РНК, при этом отключая систему геномного редактирования в нужной временной точке.
Евродепутаты полагают, что цели ученых — работа с геномом китайских солдат и модификация вирусов, пишет «Лента. Парламентарии отметили, что за изучением генома человека стоит будущее медицины. Они полагают, что развитие данного направления связано не только с созданием лекарств нового поколения, но и с рисками для безопасности.
Ген — вырезать, вставить. Нобелевскую премию по химии дали за технологию редактирования генома
| Лента.ру: В Европарламенте заподозрили Китай в планах редактировать геном солдат | Запрещены сейчас, мораторий есть на редактирование генома человека именно на стадии эмбриона. |
| Ученый рассказал о пользе расшифровки ДНК для человека | Выдающееся достижение ученых Центра животноводства имени Эрнста корова Цветочек получена два года назад чисто лабораторным методом, путем, цитата, переноса ядер соматических клеток, используя эмбрионные фибробласты. |
| 80 лет ФГБУ НМИЦ АГП имени академика В.И.Кулакова Минздрава России | Нобелевскую премию по химии в 2020 году вручили за развитие метода редактирования генома. |
Изменение генома CRISPR
Исследователи изучили потенциальное терапевтическое использование этого инструмента при генетических заболеваниях, которые невозможно вылечить с помощью стандартной системы CRISPR. В доклинических испытаниях они показали, что система с SpRyc может воздействовать, например, на генетические нарушения, связанные с синдромом Ретта и болезнью Хантингтона — неврологическими заболеваниями, которые ускользали от традиционной инженерии. Читать далее:.
Journal Eurekalert, journal Nature Biotechnology.
Ичикава утверждает, что программирование генома с помощью цинковых пальцев может стать более безопасной альтернативой CRISPR - ключевой технологии генной инженерии, используемой для поиска новых способов уничтожения раковых клеток и выращивания сельскохозяйственных культур с повышенным содержанием питательных веществ. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat, или CRISPR, использует белки бактерий для взаимодействия с генетическим кодом, в то время как цинковые пальцы вырабатываются исключительно в организмах людей. Такие "чужеродные" белки могут вызвать активацию иммунной системы пациентов, в результате чего она может атаковать их как любую другую инфекцию и стать причиной опасного воспаления.
Авторы считают, что цинковые пальцы могут быть более эффективными инструментами генной терапии, чем CRISPR, поскольку они более компактны и не подвергают иммунную систему дополнительному риску. Кроме того, цинковые пальцы гораздо проще доставить к нужным клеткам пациента. Читайте также: Астрономы опубликовали гигантскую карту Млечного Пути с 3,32 миллиардами небесных объектов.
Перед тем как изменить последовательность кодирования гена в клетках человека, учёные создали специальный "контрольный" цинковый палец. Это было сделано для проверки кода компьютерного искусственного интеллекта. Кроме того, они изготовили несколько цинковых пальцев, способных изменить способ присоединения транскрипционных факторов к целевой последовательности гена и способ экспрессии последнего.
Таким образом было доказано, что новая технология может быть использована для коррекции эпигенетических нарушений. Ученые могут оказаться от технологии CRISPR благодаря новой, более эффективной и безопасной методике редактирования генов с помощью цинковых пальцев, разработанных искусственным интеллектом. На рисунке представлен комплекс из трех "цинковых пальцев" Egr1 синий и ДНК красный.
Специалисты создали нейросетевой алгоритм, который подбирает структуры РНК так, чтобы свести к минимуму изменения в структуре других генов. С ее помощью можно будет редактировать любую генетическую мутацию и лечить заболевание, которое она провоцирует. К ним относится синдром Дауна, болезнь Шарко-Мари-Тута ШМТ , некоторые формы шизофрении и определенные виды онкологических заболеваний.
Freepik При этом создатели технологий нейросетевого редактирования генов отметили, что она предусматривает ряд запретов в связи с этическими стандартами.
Таким образом, обеспечивается доступ к редактированию геномов этих труднодоступных клеточных органелл. Точность CyDENT, обусловленная его способностью выборочно редактировать одну цепь ДНК за раз, позволяет проводить более контролируемые и эффективные исследования этих клеточных геномов. В митохондриях было обнаружено много однонуклеотидных вариаций, которые предположительно связаны с болезнями. Согласно статье, эти проблемы можно решить с помощью «точного преобразования оснований» с использованием одноцепочечного редактора, такого как CyDENT. Что касается хлоропласта, где происходит фотосинтез, многие белки, закодированные в его геноме, связаны с эффективностью преобразования солнечного света в энергию. Поэтому инженерные культуры для лучшего преобразования энергии могут давать лучшие урожаи, если их геном правильно подредактировать. Однако дальнейшее изучение и развитие этой технологии может быть остановлено, если биотех-сектор Китая станет следующей целью санкций со стороны США. В марте три подразделения китайской фирмы BGI Group, занимающейся исследованием генома, уже были добавлены в список организаций, чей доступ к американским технологиям ограничен по соображениям прав человека.
В России модифицировали систему геномного редактирования
Последние имеют меньший по сравнению с остальными размер, поэтому легче проникают в эмбрион. При этом являются безопасной вирусной платформой. Анна Кривоногова. Учёные установили, что размер частицы аденоассоциированного вируса позволяет без повреждения проникать через специальную оболочку эмбриона млекопитающих и эффективно доставлять генетический материал. С помощью этого метода можно изменять фрагменты ДНК, например, те, что отвечают за восприимчивость к заболеваниям или выработку молока.
Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается.
Одна из задач Десятилетия — рассказать, какими научными именами и достижениями может гордиться наша страна. В течение всего Десятилетия при поддержке государства будут проходить просветительские мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаться образовательные платформы, конкурсы для всех желающих и многое другое.
Этот подход подразумевает, что пока не достигнут минимальный консенсус, может быть необходимо временно замедлить либо приостановить исследования по наследуемому редактированию генома. Наконец, специалист по биоэтике Р. Альта Чаро предлагает в качестве альтернативы мораторию так называемый «экосистемный» подход. В рамках этого подхода широкий спектр уже существующих правовых инструментов — от патентного права до законодательства, регулирующего исследования на эмбрионах — может использоваться для контроля за развитием наследуемого редактирования генома. Задача регулирования и контроля ложится на плечи широкого круга уже существующих акторов — национальных регуляторных агентств например, FDA в США , комитетов по контролю за исследованиями, фондов, финансирующих исследования.
В качестве элемента общей «экосистемы» регулирования выступает и саморегулирование научного сообщества. Возможно, хотя и не обязательно, создание консультативного международного органа, который бы предоставлял техническую экспертизу и служил форумом для дискуссий. Показательной для понимания того, какие из предложений научного сообщества с большей вероятностью будут претворены в жизнь, является работа «Экспертного консультативного комитета ВОЗ по разработке глобальных стандартов управления и надзора за редактированием генома человека», первое заседание которого состоялось 18—19 марта 2019 г. Комитет подтвердил своё согласие с ранее высказывавшимися взглядами о безответственности клинического применения наследуемого редактирования генома на данном этапе, однако не поддержал формулировку «моратория». Первой практической рекомендацией комитета стало создание международного реестра исследований по редактированию генома человека на базе ВОЗ. Комитет призвал всех учёных, проводящих соответствующие исследования, зарегистрировать их в реестре, как только он будет создан. Доноры средств, согласно рекомендациям комитета, не должны выделять финансирование на исследования, не внесённые в реестр, а научным журналам следует воздерживаться от публикации таких исследований.
Данное предложение Комитета является реализацией «экосистемного» подхода, а формулировки доклада о первом заседании дают основания полагать, что и в ходе выработки дальнейших рекомендаций Комитет будет придерживаться данной модели регулирования. Генетические эксперименты и «дизайнерские» дети: городской завтрак РСМД Особенности национальной науки Несмотря на внимание научного сообщества к глобальному уровню регулирования и соответствующее стремление действовать на транснациональной основе, существуют важные различия между национальными научными сообществами разных стран. Наибольший интерес представляют сообщества США, Великобритании и Китая — трёх стран, в которых наиболее активно развивается область редактирования генома человека. Самым либерально мыслящим, по крайней мере, среди стран Запада является британское научное сообщество. Так, среди авторов проекта моратория не было ни одного учёного из Великобритании. Более разнородно и, в целом, более консервативно настроено сообщество США. Именно от американских ученых в первую очередь исходят призывы к мораторию, хотя есть среди них и более «прогрессивные» лица как вышеупомянутая Р.
Альта Чаро. Однако научные сообщества западных стран, несмотря на их неоднородность, объединяет одна общая черта — почти универсальное осознание необходимости широких общественных дискуссий и достижения консенсуса в обществе, которые должны предшествовать любому практическому применению редактирования генома человека. И в этом их, возможно, ключевое отличие от научного сообщества КНР. В своих публикациях в англоязычных журналах китайские ученые критиковали эксперимент Хэ Цзянькуя не менее жестко, чем их западные коллеги.
Эту технологию можно будет использовать для создания препарата, эффективного против широкого спектра заболеваний, — приводит издание комментарий заведующего лабораторией Дмитрия Костюшева.
Биологи разрабатывают новые методы редактирования геномов
© Fotolia/ Dan Race Методы редактирования геномов в последние десятилетия развиваются семимильными шагами. Биолог рассказал о перспективах системы редактирования генома человека. Китайские ученые успешно разработали метод редактирования генома, который может избавить людей от самых страшных болезней и даже приблизить их к бессмертию. Проблемы на пути к коммерциализации редактирования генома в России не ограничиваются обозначенными выше общемировыми «технологическими» сложностями. Я думаю, редактирование генома будет применяться в тех случаях, когда другого решения быть не может. Если кратко: мы сравниваем исходный геном доноров гамет с геномом редактированного эмбриона с использованием специального биоинформатического подхода.
Молекулярные ножницы: как в России развивается важнейшая технология века
| Нейросеть отредактировала человеческий геном | Евродепутаты полагают, что цели ученых – работа с геномом китайских солдат и модификация вирусов, пишет «». |
| Ученые из Подольска сделали прорыв в редактировании генома | Третий Международный саммит по редактированию генома завершился в понедельник, когда специалисты по этике предупредили ученых о необходимости замедлить усилия по использованию редактирования генов для улучшения здоровья эмбрионов. |
| Международный научный форум по редактированию генома пройдет в России — | Новости. - Праймированное редактирование позволило провести системный скрининг мутаций TP53. |
Ученые из Новосибирска нашли способ выключать систему редактирования генома в нужный момент
За технологию редактирования генома в 2020 году была присвоена Нобелевская премия. Компания Profluent представила новаторский проект OpenCRISPR – первый в мире открытый редактор генов на основе ИИ, который поможет точно редактировать человеческий геном. После более чем десятилетних усилий ученые придумали, как модифицировать инструменты редактирования генома, чтобы изменить некоторые эпигенетические метки. Об итогах и будущем экспериментов, имеющих отношение к редактированию генома высших организмов, дискутируют в Новосибирске специалисты из 11 государств. Третий Международный саммит по редактированию генома завершился в понедельник, когда специалисты по этике предупредили ученых о необходимости замедлить усилия по использованию редактирования генов для улучшения здоровья эмбрионов. Выдающееся достижение ученых Центра животноводства имени Эрнста корова Цветочек получена два года назад чисто лабораторным методом, путем, цитата, переноса ядер соматических клеток, используя эмбрионные фибробласты.
По живому: учёные впервые отредактировали геном в теле человека
Сами по себе патенты вообще ничего не значат, это кусок бумаги. Лицензированные патенты важнее, но покупка лицензии также не означает, что будет получен практически важный результат», — говорит Северинов. В целом «от российских патентов в области генного редактирования до практического создания отредактированных животных или растений и их внедрения — дорога в тысячу ли», заключает ученый. Заметный коммерческий потенциал есть у генного редактирования в определенных тканях человека. Например, для успешной пересадки костного мозга требуется иммуносовместимый донор, поиски которого могут занимать долгое время, рассказывает Северинов. Забрав у человека, больного раком крови, клетки его собственного костного мозга, отредактировав их и «приведя их в норму», можно подсадить их обратно. Очевидно, что в таком случае проблемы иммуносовместимости нет, ведь пациенту подсаживаются его собственные клетки. В таких подходах налицо ясная медицинская цель: человек, у которого нет работающего костного мозга, может умереть, а совместимого донора иной раз найти не удается. В Институте Эрнста еще в 2021 г.
Такое гипоаллергенное молоко в теории может пользоваться существенным спросом. Ключевое отличие с опытами с эмбрионами человека очевидно: «Если у отредактированного животного возникли какие-то непредвиденные проблемы, это не трагедия. В случае человека это, очевидно, не так». Проблемы на пути к коммерциализации редактирования генома в России не ограничиваются обозначенными выше общемировыми «технологическими» сложностями. Константин Северинов перечисляет еще ряд: «Есть проблема с организацией российской науки — она просто плохо организована на сегодня. Значительно хуже после 2022 г.
Герои проекта — это яркие, уникальные, креативные и неоднозначные люди. Оксана Таранюк узнает у них всё, о чем вы стеснялись спросить, но всегда хотели. Андрей Будневский — профессор и изобретатель.
Исследователи также утверждают, что их метод безопасен и не вызывает побочных эффектов.
Они сравнивают его с карандашом и ластиком, которые могут стирать и исправлять ошибки. Ранее мы писали, что рак не всегда появляется из-за генетической предрасположенности. Окисление клеток ДНК при делении приводит к появлению раковых опухолей.
Так, самый часто мутирующий ген — супрессор опухолевого роста TP53 — может подвергаться более чем тысяче вариантов «поломок». Именно на его примере авторы статьи в Nature Biotechnology продемонстрировали работу нового подхода к скринингу мутаций, который основан на праймированном редактировании prime editing. В систему для праймированного редактирования входят pegRNA prime editing guide RNA , содержащая гидовый участок, нужный для поиска редактируемого фрагмента в геноме, и целевую последовательность, на которую этот фрагмент нужно заменить. Чтобы расширить возможности праймированного редактирования, ученые дополнили pegRNA «сенсорным» сайтом. Этот сайт, по задумке исследователей, должен быть специфичным для конкретного варианта и повторять естественную архитектуру целевого участка. Он позволяет конструировать pegRNA для тысяч генетических вариантов и одновременно генерировать для них сенсорный сайт. Новый подход к скринингу направлен на выявление мутантных вариантов, встречающихся у пациентов, и описание их функциональной роли. Праймированное редактирование позволяет вносить мутации в эндогенный TP53, а его модификация повышает точность нацеливания системы редактирования.
Международный форум по редактированию генома пройдет в России
Российские ученые объединили генетику, историю и современность, после чего сделали сразу два открытия. Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН нашли способ модифицировать систему редактирования генома для повышения эффективности распознавания нужной мишени и снижения воздействия на нецелевую ДНК. Читайте последние научные новости «Российские генетики открыли систему, помогающую бактериям защищаться от вирусов» без рекламы на актуальные темы в ленте новостей. За технологию редактирования генома в 2020 году была присвоена Нобелевская премия. Ученые из компании Profluent представили Open CRISPR-1 — первую систему редактирования генома CRISPR-Cas9, созданную с помощью нейросети. Учёные худо-бедно научились редактировать конкретные участки в ДНК, технология CRSPR-Cas и все такое.
Громкое начало
- Расширение возможностей CRISPR
- Лента.ру: В Европарламенте заподозрили Китай в планах редактировать геном солдат
- Герои проекта «Есть вопрос» расскажут всё, о чём вы стеснялись спросить.
- Как AI может повлиять на CRISPR?
- По живому: учёные впервые отредактировали геном в теле человека
- Генетики открыли способ безопасного редактирования ДНК