О том, что генетические исследования готовят почву для революционного прорыва в методах борьбы с врожденными (считающимися неизлечимыми) заболеваниями, говорилось неоднократно. Если применять к медицине термин «высокие технологии», то все они так или иначе будут связаны с генетикой. Проникновение в самую «сердцевину» живой клетки стало настолько глубоким, что уже вовсю ставится вопрос о методах «исправления» генетической информации у пациентов, пораженных врожденным недугом.
Действительно, понятие «геномное редактирование» применяется теперь не только к селекции растений, но и к лечению людей (как бы шокирующе это ни звучало). Грубо говоря, чтобы вылечить врожденную болезнь, необходимо «исправить» генетическую информацию, которая была затронута мутацией. Ученый, подобно редактору, пытается найти конкретную «опечатку», и исправить ее так, чтобы вся остальная закодированная информация оказалась нетронутой. В принципе, путь найден, осталось разобраться с методами.
Как мы понимаем, для исправления дефектного гена необходим очень точный инструмент, способный найти мутантную последовательность нуклеотидов и «вырезать» ее из ДНК. Длительное время на этот счет предлагались довольно кропотливые и дорогостоящие методики, пока, наконец, примерно десять лет назад не появилась более дешевая и эффективная система, которую принято обозначать как CRISPR/Cas9. На сегодняшний день это одна из самых востребованных технологий в геномной медицине. Считается, что данная методика настолько простая (относительно простая, конечно же), что ее в состоянии освоить даже студент старших курсов.
Разумеется, пока что речь не идет о широком применении геномного редактирования в медицинском практике. На данный момент делаются пробные шаги, идет наработка опыта и сбор материала. Причем, происходит это в глобальном масштабе, поскольку в процесс вовлечены ученые самых разных стран мира, включая и нашу страну. Соответствующую работу проводят и новосибирские ученые-генетики, занимающиеся созданием клеточных моделей нейродегенеративных заболеваний человека. Своим опытом на этот счет поделился ведущий научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН Сергей Медведев, выступая с пленарным докладом на Международном научном конгрессе «CRISPR-2023», посвященном достижениям в области молекулярной биологии и биомедицины.
В настоящее время, отметил ученый, в биомедицине и в экспериментальной медицине используются самые разные модели для исследования различных заболеваний, для тестирования лекарств и так далее. В качестве таких моделей используются самые разные животные, чаще всего грызуны. И вроде бы всё замечательно, однако есть одна ключевая проблема. Образно говоря, «матушка-эволюция» сделала так, что человек в ходе своего биологического становления стал слишком «особенным животным». Если посмотреть, как функционирует его центральная нервная система, то можно обнаружить целый ряд серьезных отличий от его «братьев меньших». И это обстоятельство действительно создает проблему, когда мы изучаем заболевания, связанные с дисфункцией ЦНС, подчеркнул Сергей Медведев.
Сам человек – как модельный организм – является не совсем «удачным» по целому ряду причин, считает ученый. Например, психически здорового человека трудно уговорить на прижизненное изъятие органа, на направленное скрещивание и тому подобное. Поэтому ученым приходится искать какие-то выходы из этого положения. С одной стороны, мы не всегда для таких целей можем использовать животных как таковых, с другой стороны, мы не всегда можем использовать и живого человека в качестве модельного организма.
Выходом из ситуации может стать использование клеточных моделей. Речь идет о клетках, которые выделены из человека и культивированы вне его. На них уже можно проводить различные исследования. В современной биомедицине, отметил Сергей Медведев, уже используется довольно много типов клеток. Но особое место занимают плюрипотентные стволовые клетки, из которых можно получать какие-либо дифференцированные производные. К примеру, нейроны. На них уже можно проводить более глубокие исследования, поскольку они являются релевантными, то есть воспроизводят некие особенности физиологии.
Первая революция в указанном направлении случилась в 2006 году, напомнил Сергей Медведев. В тот год была опубликована работа японских ученых, доказавших, что клетки мыши могут быть перепрограммированы. Это стало прорывом в области клеточной биологии и биологии вообще. Причем, полученные клетки были идентичны эмбриональным стволовым клеткам, то есть для их получения не требовались эмбрионы. У исследователей появилась возможность получать от взрослого организма стволовые клетки и использовать их в двух направлениях: 1) в регенеративной медицине; 2) для создания моделей. Важно подчеркнуть, что полученные таким путем клетки можно замораживать и хранить. При этом они сохраняют свою «стволовость». В любой момент мы можем их извлечь из хранилища для получения релевантных типов клеток в исследовательских целях или для тестирования препаратов.
По словам Сергея Медведева, сотрудники ИЦиГ СО РАН – примерно с 2009 года - проявили большой интерес к этим исследованиям. Прежде всего, их интересовало создание клеточных моделей. К настоящему времени ими создан уже целый ряд клеточных линий с использованием технологии перепрограммирования. Работа велась при тесном взаимодействии с лечебными учреждениями нашей страны (Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Томска и т.д.). Эти клеточные линии детально охарактеризованы, у каждой есть свой паспорт и каждая из них прогенотипирована. Указанные наработки связаны с разными генетическими вариантами, что очень важно, как раз в контексте применения технологий геномного редактирования.
И как мы уже сказали выше, огромное значение здесь имеет система CRISPR/Cas9, изобретенная относительно недавно. Те системы, которые применялись до этого, были сложны в использовании, заметил Сергей Медведев. Теперь, как сказал один американский ученый, редактированием генома «может заниматься любой идиот». Это, конечно, гипербола, но она подчеркивает значимость новой системы для проведения исследований. Как подтвердил сам Сергей Медведев: «Сегодня в нашу лабораторию приходит студент-пятикурсник и своими руками делает с помощью этого инструмента всё, что ему захочется или что ему скажет научный руководитель». Для науки это большой прогресс, считает ученый.
Возможности применения данной системы, по его словам, довольно обширны: от замены отдельных нуклеотидов до трансгенеза. Как раз с помощью этой системы можно создавать так называемые изогенные клеточные модели, позволяющие исправлять мутации в клетках пациента. Имея целый набор изогенных клеточных линий, разъясняет Сергей Медведев, вы можете проводить более серьезные и интересные исследования. В качестве конкретной иллюстрации были приведены исследования пациентов с болезнью Паркинсона, которые выявили наличие у них полиморфизмов (генетических вариантов), часть из которых оказалась патогенной. И здесь на выручку как раз и пришла упомянутая система редактирования. Теперь, обладая такими клеточными линиями (для некоторых пациентов они уже получены), буквально в рамках дипломных работ ряд из них подвергается сейчас проверке на предмет того, может ли тот или иной полиморфизм вызывать дисфункцию дофаминовых нейронов (что как раз связано с болезнью Паркинсона).
Такая возможность появилась именно благодаря объединению технологий. С одной стороны, это технология перепрограммирования. С другой стороны, новая технология редактирования. Кроме этого, напомнил Сергей Медведев, вы можете осуществлять трансгенез, то есть составлять геномы в определенные места в целях исследований. Подобные работы также осуществлялись. Уже получен целый набор трансгенов, предназначенных для углубленных исследований.
Самое важное, что все эти наработки находятся, так сказать, в свободном доступе. Сотрудники Института готовы ими делиться. Как сказал Сергей Медведев, если вы работаете в системе РАН, то вам даже не потребуется за это платить – достаточно оформить договор о передаче материала. Таким образом, ваша лаборатория бесплатно обзаведется необходимой моделью. По сути, стволовая клетка, заметил ученый, превращается в некую исследовательскую станцию. По его словам, сейчас это новое веяние, которое весьма активно развивается. И российская биологическая наука, как видим, также вписывается в этот новый тренд, обещающий очередные прорывы.
Николай Нестеров
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии