Одним из проверенных методов отслеживания генетического происхождения заболеваний является выключение одного гена у животных и изучение последствий, которые это имеет для организма. Проблема в том, что при многих заболеваниях патология определяется множеством генов, что усложняет задачу для ученых, пытающихся определить вклад любого отдельного гена в заболевание. Для этого им придется провести множество экспериментов на животных – по одному на каждую желаемую модификацию гена.
Исследователи под руководством Рэндалла Платта, профессора биологической инженерии кафедры биосистемных наук и инженерии ETH Zurich в Базеле, разработали метод, который значительно упростит и ускорит исследования на лабораторных животных: используя генные ножницы CRISPR-Cas, они одновременно произвести несколько десятков генных изменений в клетках одного животного, наподобие мозаики.
Хотя в каждой клетке изменяется не более одного гена, различные клетки внутри органа изменяются по-разному. Затем можно точно проанализировать отдельные клетки. Это позволяет исследователям изучать последствия множества различных изменений генов в одном эксперименте.
Впервые у взрослых животных
Согласно недавнему отчету, опубликованному в журнале Nature, исследователи из ETH Zurich впервые успешно применили этот подход к живым животным, в частности, к взрослым мышам. Другие ученые ранее разработали аналогичный подход для клеток в культуре или эмбрионов животных.
Чтобы «информировать» клетки мышей о том, какие гены должны уничтожить генные ножницы CRISPR-Cas, исследователи использовали аденоассоциированный вирус (AAV) — стратегию доставки, которая может поражать любой орган. Они подготовили вирусы так, чтобы каждая вирусная частица несла информацию для уничтожения определенного гена, а затем заразили мышей смесью вирусов, несущих разные инструкции по разрушению гена. Таким образом им удалось отключить разные гены в клетках одного органа. Для этого исследования они выбрали мозг.
Обнаружены новые патогенные гены
Используя этот метод, исследователи из ETH Zurich вместе с коллегами из Женевского университета получили новые сведения о редком генетическом заболевании у людей, известном как синдром делеции 22q11.2. У пациентов, страдающих этим заболеванием, наблюдается множество различных симптомов, обычно диагностируемых с другими состояниями, такими как шизофрения и расстройство аутистического спектра. До сих пор было известно, что за это заболевание ответственен хромосомный участок, содержащий 106 генов. Было также известно, что заболевание связано с множеством генов, однако не было известно, какой из генов какую роль играет в заболевании.
В своем исследовании на мышах исследователи сосредоточились на 29 генах этой хромосомной области, которые также активны в мозге мышей. В каждой отдельной клетке мозга мыши они модифицировали один из этих 29 генов, а затем проанализировали профили РНК этих клеток мозга. Ученым удалось показать, что три из этих генов в значительной степени ответственны за дисфункцию клеток мозга. Кроме того, они обнаружили в клетках мышей закономерности, напоминающие шизофрению и расстройства аутистического спектра. Среди трех генов один уже был известен, но два других ранее не были в центре внимания ученых.
«Если мы знаем, какие гены, ответственные за заболевание, обладают аномальной активностью, мы можем попытаться разработать лекарства, которые компенсируют эту аномалию», — говорит Антонио Сантинья, аспирант из группы Платта и ведущий автор исследования.
Ожидается получение патента
Этот метод также может быть использован для изучения других генетических нарушений. «Во многих врожденных заболеваниях роль играют несколько генов, а не один», — говорит Сантинья. «То же самое относится и к психическим заболеваниям, таким как шизофрения. Наша техника теперь позволяет нам изучать такие заболевания и их генетические причины непосредственно у взрослых животных». Количество модифицированных генов может быть увеличено с нынешних 29 до нескольких сотен генов за эксперимент.
«То, что теперь мы можем проводить такие анализы на живых организмах, является большим преимуществом, потому что в культуре клетки ведут себя иначе, чем в живом организме», — говорит Сантинья. Еще одним преимуществом является то, что ученые могут просто ввести AAV в кровоток животных. Существуют различные AAV с разными функциональными свойствами. В этом исследовании исследователи использовали вирус, который проникает в мозг животных. «Однако в зависимости от того, что вы пытаетесь исследовать, вы также можете использовать AAV, нацеленные на другие органы», — говорит Сантинья.
ETH Zurich подала заявку на патент на эту технологию. Теперь исследователи хотят использовать его как часть создаваемого ими дополнительного продукта.
Возмущение генома
Представленная здесь техника является одним из серии новых методов генетического редактирования, используемых для мозаичного изменения генома клеток. Пертурбация CRISPR — это технический термин для этого исследовательского подхода, который включает в себя возмущение генома с использованием генных ножниц CRISPR-Cas. Этот подход в настоящее время производит революцию в исследованиях в области наук о жизни. Это позволяет получить большой объем информации в результате одного научного эксперимента. В результате этот подход может ускорить биомедицинские исследования, например, поиск молекулярных причин генетически сложных заболеваний.
Неделю назад другая исследовательская группа из факультета биосистемных наук и инженерии ETH Zurich в Базеле, работающая с командой из Вены, опубликовала исследование, в котором они применили возмущения CRISPR в органоидах. Органоиды — это сфероиды микроткани, выращенные из стволовых клеток и имеющие структуру, аналогичную реальным органам — другими словами, они представляют собой своего рода миниатюрный орган. Это метод исследования без использования животных, который дополняет исследования на животных. Поскольку оба метода — возмущение CRISPR на животных и на органоидах — могут предоставить больше информации при меньшем количестве экспериментов, оба потенциально могут в конечном итоге сократить количество экспериментов на животных.
No comments:
Post a Comment