Известные изобретения часто по-новому сочетают существующие инструменты. Например, смартфоны объединяют в себе телефон, веб-браузер фото- и видеокамеру, и другие устройства. То же самое теперь возможно и при редактировании генов. Вместо использования отдельных
инструментов для редактирования конкретных генов и регулирования их экспрессии, теперь можно решать разные задачи с помощью универсального генетического инструмента. Это может стать методом одномоментного устранения нескольких генетических аномалий в одном организме.
В новой статье, опубликованной в журнале Nature Communications, исследователи из Центра точной инженерии для здоровья (CPE4H) при Школе инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета описывают технологию минимальных универсальных генетических возмущений (англ. minimal versatile genetic perturbation technology, сокращенно mvGPT).
Технология не связана с генерацией контента искусственным интеллектом ChatGPT (Generative pre-trained transformer), хотя аббревиатуры похожи — прим. ред.
Способная точно редактировать гены, активировать экспрессию генов и подавлять их действие одновременно, технология открывает новые возможности для лечения генетических заболеваний и изучения фундаментальных механизмов функционирования нашей ДНК.
«Не все генетические заболевания вызваны исключительно ошибками в самом генетическом коде», - говорит Шерри Гао, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии и биоинженерии, и старший автор статьи. «В некоторых случаях заболевания с генетическими компонентами, такие как диабет I типа, обусловлены тем, насколько сильно или слабо экспрессируются определенные гены».
Один инструмент, множество функций
В прошлом для одновременного устранения нескольких, не связанных между собой генетических аномалий, скажем, путем редактирования одного гена и подавления другого потребовалось бы множество различных инструментов. «Мы хотели создать единую платформу, которая могла бы точно и эффективно редактировать ДНК, а также регулировать экспрессию генов», - говорит Тайлер Дэниел, докторант лаборатории Шерри Гао и один из соавторов статьи.
Мультиплексная и ортогональная репрессия генов с помощью DAP-shRNAs. Фото: Nature Communications (2024).
Платформа работает за счет сочетания улучшенного «простого редактора», способного модифицировать последовательности ДНК, с ранее изобретенными технологиями увеличения и уменьшения экспрессии генов. «Все эти функции ортогональны», — говорит Дэниел. «Они могут выполняться независимо друг от друга в одно и то же время».
«Ранее такой уровень точности для модификации последовательностей ДНК и экспрессии генов был невозможен», — продолжает он. «Каждая задача выполняется независимо».
Команда протестировала mvGPT на клетках печени человека с мутацией, вызывающей болезнь Вильсона-Коновалова (гепатоцеребральная дистрофия обусловлена врожденным нарушением метаболизма меди), успешно удалив мутацию. Параллельно удалось активировать ген, необходимый для устранения диабета I типа, и подавить другой ген, связанный с транстиретиновым амилоидозом. В ходе многочисленных тестов mvGPT выполнил все три задачи с высокой точностью, продемонстрировав свою способность воздействовать на несколько генетических нарушений одновременно.
Поскольку mvGPT занимает меньше места, чем три отдельных инструмента, его гораздо проще доставлять в клетки-мишени. Исследователи показали, что mvGPT можно внедрять различными способами, включая цепочки РНК и специально выращенные вирусы, пригодные для доставки инструментов генетического редактирования.
«Когда у вас есть один инструмент, который может выполнять все эти задачи одновременно, — говорит Гао, — вы значительно упрощаете процесс, потому что вам приходится доставлять в ячейку меньше «оборудования».
Теперь, когда технология показала многообещающие результаты на клетках человека, исследователи планируют протестировать mvGPT на животных моделях. Эксперименты будут нацелены на лечение перечисленных и некоторых других генетических заболеваний, включая сердечно-сосудистые. «Чем более совершенными становятся наши инструменты, тем ближе мы к победе над генетическими патологиями», — убежден Гао.
Ранее ученые рассказали о новых методах таргетной доставки препаратов в раковые клетки.