Десять лучших технологий года по версии MIT. #5: Редактирование генома

4 749 просмотров
Об авторе

Генетически модифицированные обезьяны Линьлинь и Миньминь

Новости технологий полны важных событий, но немногие из них представляют собой настоящие прорывы. Лучший в мире вуз 2014 года, Массачусетский технологический институт, регулярно выдающий на-гора невероятные открытия и разработки, представил свой топ из десяти прорывных технологий настоящего времени. По мнению авторов, это «прорывы, которые будут иметь значение многие годы». В этом цикле статей мы подробно ознакомимся с каждым пунктом.

Редактирование генома — возможность создания приматов с преднамеренными мутациями может предоставить новые перспективные пути для исследования сложных и генетически обусловленных заболеваний мозга.

Прорыв:

Использование генетических инструментов для создания двух обезьян с определенными генетическими мутациями.

Почему это важно:

Возможность модификации определенных генов у приматов — ценный инструмент исследования человеческих расстройств.

Ключевые игроки:

  • Yunnan Key Laboratory
  • Дженнифер Дудна, Калтех
  • Фенг Чанг, Массачусетский технологический институт
  • Джордж Черч, Гарвард

Эксперимент

До недавнего времени Куньмин, столица юго-западной китайской провинции Юньнань, была известна по большей части своими пальмовыми деревьями, синим небом и устойчивым потоком иностранных туристов, направляющихся в близлежащие горы и живописные ущелья. Но репутация Куньмин в качестве провинциальной глуши быстро изменилась. На участке земли на окраине города, который был пустынным десять лет назад, ученые устроили провокационный эксперимент в лаборатории генетических исследований. Они создали пару макак с точными генетическими мутациями.

В прошлом ноябре близняшки Миньминь и Линьлинь родились здесь, в кампусе Куньминской биомедицинской международной лаборатории и ее филиале, лаборатории биомедицинских исследований приматов Yunnan Key Laboratory. Макаки родились в процессе экстракорпорального оплодотворения. Тогда ученые использовали новый метод генетической инженерии, известный как CRISP, чтобы модифицировать три различных гена в оплодотворенной яйцеклетке, а потом имплантировали ее в суррогатную мать. Макаки родились здоровыми, что означало успех модификации CRISP и ознаменовало, возможно, новую эпоху биомедицины, в которой сложные заболевания могли быть смоделированы и изучены на обезьянах.

Методика CRISP, разработанная учеными Калифорнийского университета в Беркли, Гарварда и MIT за несколько лет, уже изменила мнения ученых о генной инженерии, поскольку позволяет вносить точные изменения в геном относительно легко. Цель эксперимента в Куньмин — подтвердить возможность создания приматов с несколькими мутациями, объяснил Вейчжи Чжи, один из архитекторов эксперимента.

Джи начал свою карьеру в Куньминском зоологическом институте в 1982 году, сосредоточившись на воспроизводстве приматов. Китай был «очень бедной страной» тогда, вспоминает ученый.

«У нас не было средств для проведения исследований. Мы просто делали очень простую работу, вроде изучения того, как можно улучшить питание приматов».

С тех пор амбиции Китая в плане науке серьезно выросли. Кампус в Куньмин предоставляет обширное жилье для обезьян: 75 крытых домов, в которых живет более 4000 приматов — и многие из них энергично носятся по лестницам и висят на проводах. Шестьдесят обученных зоологов в голубой одежде бдительно за ними следят каждый день.

Лаборатория, в которой проводили эксперимент, включает в себя системы микроинъекций, в которых микроскопы и две тонких иглы направлены на чашку Петри, контролируемую рычагами и регуляторами. Они используются как для инъекции спермы в яйцеклетку, так и для редактирования генов, используя «гид» РНК, направляющий ферменты в гены ДНК. Инъекция спермы занимает несколько секунд. Спустя девять часов, когда эмбрион все еще находится в состоянии одной клетки, техники будут использовать ту же машину, чтобы внедрить в него молекулярные компоненты CRISP. Опять же, эта процедура занимает несколько секунд.

Еще в феврале близняшкам-макакам было всего несколько месяцев и они жили в инкубаторах, где за ними пристально наблюдал персонал. Джи и его коллеги планируют постоянно наблюдать за обезьянами, чтобы выявить любые последствия инновационных генетических мутаций.

Влияние

Новый инструмент редактирования генома, пресловутый CRISP, который китайские ученые использовали для генетической модификации обезьян, представляет собой точный и относительно простой способ изменения ДНК в определенных местах на хромосомах. В начале 2013 года американские ученые показали, что его можно использовать для генной инженерии любых типов животных клеток, в том числе и человеческих, в чашке Петри. Но китайские ученые впервые продемонстрировали, что этот подход может использоваться на приматах для создания потомства с определенными генетическими отклонениями.

«Идея того, что мы с легкостью можем модифицировать приматов с этой технологией, невероятно мощная», — говорит Дженнифер Дудна, профессор молекулярной и клеточной биологии в Калифорнийском университете в Беркли и разработчик CRISP. Создание приматов с преднамеренными генетическими изменениями может открыть новые пути для изучения комплексных человеческих заболеваний. Также это порождает новые этические дилеммы. С технической точки зрения, китайские исследователи приматов признают, что ученые могли бы, вероятно, изменить оплодотворенную человеческую яйцеклетку с CRISP. Если обезьяны нас чему-то и научили, то вполне возможно вырастить генетически модифицированного младенца. Но «будет ли это хорошей идеей — сложный вопрос», признает Дудна.

Перспектива «дизайна» младенцев остается отдаленной и в умах многих исследователей, разрабатывающих CRISP. Куда более неизбежны потенциальные возможности создания животных с мутациями, связанными с человеческими расстройствами. Эксперименты с приматами довольно дорого стоят и могут вызвать опасения о благополучии животных, говорит Дудна. Но демонстрация того, что CRISP работает на обезьянах, заставила «многих людей задуматься о случаях, когда приматы могут быть полезны и важны».

Линьлинь и Миньминь

В начале этого списка — изучение расстройсв мозга. Роберт Дезаймон, директор Института исследования мозга Макговерна, говорит, что «есть досточно большой интерес» в использовании CRISP для создания обезьян с расстройстами типа аутизма, шизофрении, болезни Альцгеймера и биполярного расстройства. Эти нарушения трудно изучать на мышах и других грызунах; не только потому, что «больные» мыши ведут себя совершенно иначе, чем люди, но и нейронные цепи, участвующие в расстройстве, разные. Многие экспериментальные психиатрические лекарства, которые хорошо помогали мышам, плохо помогали людям. В результате этих неудач многие фармацевтические компании свернули или сократили свои попытки разработать лечение.

Приматы могут быть особенно полезными для исследователей, пытающихся понять растущее число мутаций, связанных с расстройствами головного мозга. Значимость конкретного генетического варианта зачастую неясна; возможно, он напрямую связан с заболеванием, возможно, связан косвенно. CRISP может помочь исследователям спровоцировать мутации, которые обычно вызывают расстройства: они могут систематически вводить генетические варианты в обезьян и наблюдать за результатами. CRISP также полезен, поскольку позволяет ученым создавать животных с разным набором мутаций, что дает возможность оценить, какое из них — или их комбинация — наиболее вероятно вызывает расстройство. Эти комплексные манипуляции практически невозможны с помощью других методов.

Гопин Фенг, профессор неврологии в Массачусетском технологическом институте, и Фенг Чжан, его коллега из Института Брода, показавший, что CRISP может быть использован для изменения генома клеток человека, работают с китайскими исследователями для создания макак с версией аутизма. Они планируют мутировать ген под названием SHANK3 в оплодотворенном яйце и вырастит обезьян, которых можно использовать для изучения фундаментальной науки расстройства и на которых можно опробовать возможные методы лечения препаратами. (Лишь небольшой процент людей с аутизмом обладают мутировавшим геном SHANK3, но это один из немногих генетических вариантов, которые приводят к высокой вероятности заболевания).

Китайские исследователи, ответственные за рождение генно-модифицированных обезьян, по-прежнему сосредоточены на развитии технологии, говорит Вейчжи Чжи. Тем не менее, его группа надеется создать обезьян с болезнью Паркинсона. Цель — посмотреть на ранние признаки заболевания и изучить механизмы, которые позволяют ему прогрессировать.

Наиболее важная возможность, которая вытекает из работы с приматами, — это, конечно, использование CRISP для генетического изменения состава человеческого эмбриона во время экстракорпорального оплодотворения. Но, в то время как такие манипуляции технически осуществимы, едва ли их поддерживает большинство ученых.

Проблемы безопасности невероятно сложны. Когда вы думаете о «единственной клетке, которая потенциально станет живым ребенком», даже небольшая ошибка или побочные эффекты могут нести огромные последствия, говорит Хэнк Грили, директор Центра по вопросам права и бионауки в Стэнфорде. И беспокоиться есть о чем. Для большинства расстройств с простыми генетическими заболеваниями было бы неразумно использовать CRISP, однако его можно было бы использовать для «выбора другого эмбриона, который не обладает расстройством». Это, в принципе, возможно в условиях экстракорпорального оплодотворения, благодаря процедуре под названием предымплантационная генетическая диагностика.

Можно предположить, что родители, возможно, пожелают изменить множество генов, чтобы снизить детский риск, скажем, от болезни сердца или диабета, у которых весьма сложные генетические компоненты. Но в ближайшие пять-десять лет, по мнению Грили, это кажется просто невероятным и неправдоподобным. Многие, если не большинство, черты, которые захотят переделать будущие родители, могут быть слишком сложными или плохо понятными, чтобы сделать вмешательство разумным и осмысленным. Ученые не понимают генетический базис интеллекта, к примеру, или других функций мозга высшего порядка — и вряд ли это положение изменится в скором времени.

Чжи говорит, что создание людей с геномом, отредактированным CRISP, «очень возможно», но соглашается с тем, что условия безопасности очень долго не позволят подобную процедуру. В то же время его команда надеется использовать генетически модифицированных обезьян, чтобы установить устойчивые животные модели человеческих расстройств, и тем самым улучшить состояние здоровья людей в будущем.

Десять лучших технологий года по версии MIT. #5: Редактирование генома

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

4 комментария

  1. storm X

    Обезьянка из Мальчишника в Бангкоке) похожа на ту (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  2. Kolobrod

    Планета Обезьян

  3. mooftheplanets

    Вы уж меня простите, не осилил весь текст, а точнее не дошел даже до момента где написаны особенности этих обезьянок((

  4. numealand

    Главное, чтобы разные "защитники" не мешали этим экспериментам.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.