Гены теперь можно включать и выключать

Может ли человек сам регулировать работу своих генов в реальном времени? Американские биологи уверяют, что да. Они создали уникальную методику, позволяющую включать или выключать любой ген по желанию экспериментатора. С ее помощью можно будет успешно лечить многие наследственные недуги — например, некоторые разновидности врожденной слепоты.

Мы знаем, что ценность любого гена самого по себе не особенно высока — важно то, работает ли он в данный момент или нет. Многие серьезные заболевания (например, рак или системная красная волчанка) происходят именно из-за того, что-либо ненужные гены оказались активными, либо нужные — отключенными. Если бы люди смогли включать и выключать отрезки собственной ДНК по мере необходимости, многих неприятностей удалось бы избежать.

Тем не менее, долгое время такая регуляция генома в режиме реального времени была невозможна даже теоретически. Ученые просто не представляли себе, как это можно делать — ведь ДНК высших животных защищено от внешних воздействий куда лучше, чем MacOs от вирусов. До наследственной молекулы, хранящейся в ядре, бдительные "стражники" белковой природы не допускают практически ни одно чужеродное вещество. Конечно, в ядро могут проникать многие вирусы, однако создать таковой, который был бы полностью управляем, и занимался бы лишь переключением генов, а ничем иным, практически невозможно.

Впрочем, один способ регуляции активности генов, который уже давно используется биотехнологами, достаточно прост. Речь идет о разрезании молекулы ДНК в месте локализации нужного гена при помощи определенного фермента. После такой "операции" ген автоматически выключается и не может функционировать. Чаще всего для этого используют так называемые нуклеазы с цинковыми пальцами — структурными элементами, содержащими ион цинка, которые могут связываться с определенными участками ДНК.

Читайте также: Биологи создали молекулярные протезы ферментов

Однако набор этих нуклеаз весьма ограничен, поэтому они могут "заглушить" далеко не всякий ген. Поэтому с недавних пор молекулярные биологи стали использовать морфолиновые олигонуклеотиды. Они представляют собой короткие синтетические нуклеотидные цепочки, которые могут распознать любой ген — по желанию экспериментаторов. Присоединяясь к клеточной ДНК, они блокируют активность того или иного ее участка, хотя лишь на какое-то время — по его истечении блокада снимается и ген снова начинает работать.

Основываясь на этой технологии, биологи из Клинике Майо (Рочестер, США) разработали оригинальный метод, позволяющий по желанию исследователя включать и выключать любой ген в живом организме. В статье, опубликованной в журнале Nature, авторы рассказывают об использовании ими ферментов-нуклеаз TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease). Они представляют собой гибридные белки, часть которых взята у бактерий, а часть — у высших организмов. Именно бактериальный фрагмент, как оказалось, способен распознавать участки ядерной ДНК и связываться с ним. А из-за того, что этот фрагмент необычайно изменчив, как и морфолиновые олигонуклеотиды, его можно "натаскать" на распознавание любого гена.

Другой же кусок молекулы TALEN — это собственно нуклеаза, то есть фермент, способный разрезать нить ДНК. Так что работают эти гибридные белки следующим образом — они подходят к конкретному гену, бактериальная часть узнает, правильный ли "адрес", и если все в порядке, нуклеаза делает в этом месте разрез. А в сам разрез вставляется с помощью других ферментов синтетическая регуляторная нуклеотидная последовательность, представляющая собой регуляторный участок. После этого ученые добавляли специальные вещества, которые "переключали" это регулятор из положения "включить ген" в положение "выключить" и наоборот.

Исследователи проделали эту работу на забавных аквариумных рыбках, которые называются полосатые данио (Danio rerio). В их эмбрионы были вставлены регуляторы одного из генов, отвечающих за социальное поведение. После в течении всей жизни подопытных рыбок ученые добавляли в аквариумную воду вещества, влияющие на регулятор. В результате данио по желанию исследователей превращались то в агрессивных асоциалов, то в компанейских стайных животных. То есть метод регуляции активности гена в реальном времени оказался весьма эффективным.

По словам одного из участников эксперимента, Джеймса Райела из Лондонского университетского колледжа: "Этот метод открывает большие перспективы для генетических экспериментов с данио. Например, теперь мы можем напрямую "переписать" исходные генетические последовательности, и это даст нам возможность точнее контролировать работу генов, сбой который приводит к возникновению неизлечимых заболеваний".

Соавтор Райела, профессор Стивен Эккер из клиники Майо уточняет, что все эти исследования касаются лишь регуляции генов животных и их методика никогда не будет применяться на людях. "Хотя мы сосредоточились на рыбках данио, имеются перспективы использования этого же подхода и на других модельных объектах — например, на крысах, мышах, мухах и червях" — говорит он. Впрочем, по словам Эккерта, роду человеческому от этого тоже будет польза. Например, сейчас ведутся работы по регуляторной модификации некоторых мышиных стволовых клеток, которые после этого можно будет пересаживать и людям.

Читайте также:Биологи создали молекулярные протезы ферментов

А вот Райел, в отличие от своего коллеги, считает, что в дальнейшем можно будет использовать эту методитку и для лечения человеческих болезней. "В перспективе мы могли бы использовать такое "редактирование" ДНК, например, для того, что бы включить ген из клеток сетчатки глаза, пассивность которого приводит к врожденной слепоте" — утверждает исследователь. Что же, возможно он и прав — революционная технология, открытая американскими молекулярными биологами, скорее всего, через какое-то время сможет покончить с наследственными заболеваниями людей, прежде считавшимися неизлечимыми.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"

Встройте "Правду.Ру" в свой информационный поток, если хотите получать оперативные комментарии и новости:

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Добавьте "Правду.Ру" в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google

Также будем рады вам в наших сообществах во ВКонтакте, Фейсбуке, Твиттере, Одноклассниках, Google+...

Комментарии
Ярмольник раскритиковал "заслуженных" и "народных" артистов
Ярмольник раскритиковал "заслуженных" и "народных" артистов
Путин и Абэ рассказали об итогах переговоров в Москве
Матвиенко предложила создать стандарты благополучной жизни для всех пенсионеров
Матвиенко предложила создать стандарты благополучной жизни для всех пенсионеров
Матвиенко предложила создать стандарты благополучной жизни для всех пенсионеров
Матвиенко предложила создать стандарты благополучной жизни для всех пенсионеров
Трагическая формула Бориса Березовского - Гороскоп дня
NASA отказывается финансировать строительство космического корабля "Союз"
NASA отказывается финансировать строительство космического корабля "Союз"
Ярмольник раскритиковал "заслуженных" и "народных" артистов
Ярмольник раскритиковал "заслуженных" и "народных" артистов
Ярмольник раскритиковал "заслуженных" и "народных" артистов
Ярмольник раскритиковал "заслуженных" и "народных" артистов
Ярмольник раскритиковал "заслуженных" и "народных" артистов
В Мурманской области потерпел крушение бомбардировщик Ту-22М3
"Боевой крот": детективная история о подземной лодке
Южные Курилы: В ожидании очередного "волюнтаризма" Кремля
Южные Курилы: В ожидании очередного "волюнтаризма" Кремля
Южные Курилы: В ожидании очередного "волюнтаризма" Кремля
Южные Курилы: В ожидании очередного "волюнтаризма" Кремля