01:00 
Инженеры из Пенсильванского университета и Университета Райса усовершенствовали технологию редактирования отдельных генетических «пар оснований» до нового уровня точности, открыв дверь к более безопасным и надежным методам лечения широкого спектра генетических заболеваний, а также к потенциальным методам лечения некоторых пациентов с муковисцидозом, которые могут дать лучшие результаты, чем существующие методы лечения.
В отличие от инфекционных заболеваний, многие из которых реагируют на одно и то же лечение - например, антибиотики, нейтрализующие несколько типов бактерий - генетические заболевания часто требуют чрезвычайно специфической терапии, которая может варьироваться от пациента к пациенту, даже для одного и того же заболевания.
"Более тысячи различных генетических мутаций могут вызвать муковисцидоз", - говорит Сюэ "Шерри" Гао, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии (CBE) и биоинженерии (BE) в Penn Engineering и состарший автор новой статьи в журнале Молекулярная терапия, описывающей заранее. «Тот факт, что различные мутации требуют различных корректирующих инструментов, подчеркивает важность точной медицины».
Другими словами, для лечения таких состояний, как муковисцидоз, исследователям необходимо разработать набор инструментов, а не одну терапию. Но даже когда учёные точно знают, какую букву ДНК они хотят изменить, современные технологии редактирования генов могут непреднамеренно изменять и соседние буквы, вызывая мутации «свидетелей», которые вызывают проблемы безопасности.
«Это немного похоже на редактирование документа», — говорит Гао. "Мы уже можем идентифицировать и заменить определенную букву в конкретном слове. Как нам изменить только эту одну букву, не меняя случайно буквы рядом с ней?"
Проблема замены Cs на Ts
Одной из распространенных причин генетических заболеваний, включая муковисцидоз, является случайная замена одного нуклеотидного основания - единственной "буквы" в генетическом коде - на другое.
"В некоторых случаях буква должна быть Т», — говорит Тайлер С. Дэниел, докторант Пенсильванского инженерного факультета CBE и соавтор новой статьи, имея в виду тимин, одно из четырех оснований в ДНК человека, наряду с аденином (А), гуанином (G) и цитозином (C). «Вместо этого это C, который может нарушить или полностью отменить функцию гена, что приведет к заболеванию».
Хотя уже можно использовать редакторы для изменения C на T, включая редактор пар оснований, который те же исследователи разработали в 2020 году, и даже для выборочной модификации только одного из двух соседних C, проблемы возникают, когда несколько пар цитозинов появляются близко друг к другу, в шаблонах «CC… CC», разделенных всего несколькими другими пары оснований.
Проблема вряд ли является теоретической: среди десятков тысяч известных вызывающих заболевания мутаций C-to-T и T-to-C, с которыми может справиться этот тип редактора пар оснований, три четверти связаны с несколькими парами цитозина, сгруппированными вместе.
Проблема заключается в точности. Как ограничить редактор, чтобы он модифицировал только нужную вам букву C и оставлял ее соседей в покое?"
Тайлер С. Дэниел, докторант Пенсильванского инженерного факультета CBE
Разработка более точного редактора
Чтобы изменить буквы в ДНК, редакторы пар оснований сочетают в себе две основные функции: один компонент находит определенную последовательность в геноме, а другой - модифицирует ДНК. Эти две части физически связаны сегментом молекул, известным как «линкер».
Подобно тому, как длина поводка собаки определяет, насколько далеко она может отойти от своего владельца, свойства линкера определяют, насколько свободно фермент, осуществляющий редактирование ДНК, перемещается в целевом участке.
Укорачивая и делая линкер более жестким, команда эффективно ограничила радиус действия фермента. «Мы фактически затянули поводок, чтобы гарантировать, что редактируется только наша цель», — говорит Дэниел.
Исследователи также изменили степень взаимодействия редактора пар оснований с ДНК, ослабив его склонность воздействовать на соседние буквы.
В ходе лабораторных испытаний на клетках человека обновленный редактор привел к резкому сокращению количества непреднамеренных сторонних изменений: самый точный вариант уменьшил количество сторонних мутаций более чем на 80 %, сохраняя при этом высокие уровни активности исходного редактора на целевом сайте.
На пути к постоянному лечению муковисцидоза
Кистозный фиброз вызывается мутациями в гене, который контролирует то, как клетки, выстилающие легкие, пропускают соль и воду внутрь и наружу. Когда этот процесс нарушается, в легких накапливается густая слизь, что затрудняет дыхание и делает пациентов уязвимыми для повторных инфекций.
Хотя лекарства, разработанные в последние годы, такие как Трикафта, изменили жизнь многих людей с муковисцидозом, лекарства необходимо принимать ежедневно, и их ежегодные расходы могут быть огромными.
