В 2013 году череда не слишком значительных, как казалось, находок одних биологов и интеллектуальная смелость других привели к настоящему научно-технологическому прорыву.
Произошло событие, которое по праву можно назвать революцией. Революцией и в области методов клеточной биологии, и, что представляется еще более важным, революцией идеологической, серьезно меняющей представления о ключевых направлениях прогресса в биологическом нанотехе…
Речь идет о разработанном американскими специалистами методе манипуляции с клеточными ДНК, получившем название CRISPR/Cas9, или просто криспер. Возможности его настолько превосходят существовавшие до этого приемы генной инженерии, что вызвали буквально восторг у специалистов. Криспер представляет собой наноавтомат, состоящий из двух молекул — белка Cas9 и присоединенной к нему информационной молекулы RNA (РНК)30.
В природе этот нанокомплекс «живет» в бактериях. Его функция — находить по информации, записанной на РНК, попавших в бактерию ДНК вредоносных вирусов, и уничтожать их, «перекусывая» наноножницами (молекулой Cas9).
Авторам метода пришла в голову идея извлечь этот комплекс CRISPR/Cas9 из бактерии, внедрить его в новую среду — живую клетку и, используя искусственные РНК, заставить его работать с ДНК этих клеток. Задуманное удалось, и в результате на свет появился уникальный инструмент — программируемый наноавтомат, способный в живых клетках многоклеточных организмов выполнять разнообразные операции на носителе биоинформации организма: на ДНК.
Образцы Cas9 были разосланы разработчиками метода в тысячи лабораторий мира, и сегодня с помощью криспер выполняют самые разнообразные манипуляции с ДНК биоклеток — разрезают их в нужных местах, удаляют или вставляют в них отдельные участки (гены), «ремонтируют» ДНК, заменяя дефектные гены ихисправными копиями, а также управляют активностью (экспрессией) генов.
Такое прямое редактирование генетической информации в живых организмах еще недавно представлялось фантастикой, ведь речь, по сути, идет о перспективе прижизненного изменения генома организмов. Если прибавить, что криспер существенно дешевле, надежней и быстрее (там, где раньше требовались многие месяцы — теперь нужна неделя) прежних методов редактирования генов, то энтузиазм, охвативший специалистов самых различных направлений — от биоинформатики и генной терапии до трансплантологии, онкологии и косметологии, — станет понятен.
<p>Модернизация природных наноавтоматов (ПНА)</p>Однако в ходе экспериментов выявились и недостатки метода. Так, при «ремонте» дефектных участков ДНК довольно часто происходят случайные повреждения других частей этой молекулы. Есть у метода и другие слабые места.
Вполне естественные попытки его усовершенствования не заставили себя ждать. Совсем недавно появилась информация об открытии еще одного бактериального криспер-комплекса, но уже на основе белка-наноавтомата Cpf. Сообщается, что по ряду параметров, — точности позиционирования на молекуле ДНК, «качеству» ее разреза и компактности (параметра важного с точки зрения возможности внедрения в клетку), — Cpf превосходит Cas9. Появилась информация, что для резки ДНК можно применять также белки-наноавтоматы C2C1 и C2C3.
Есть и другие возможности доработки этого ПНА — журнал Science сообщил, что специалистам удалось изменить нескольких аминокислот в Cas9, что привело к значительному сокращению упомянутых ошибок в его работе. Измененный нанокомплекс получил название eSpCas9.
Нет сомнений, что это только начало и поиски других подобных криспер природных наноавтоматов для использования их в качестве новых биоинструментов будут активно продолжаться. Также будут продолжаться и эксперименты по их искусственному изменению с целью улучшения рабочих свойств и расширения возможностей применения. Такие, созданные на основе ПНА (природных наноавтоматов), измененные клеточные инструменты можно назвать «модернизированными природными наноавтоматами» (МОНА).
<p>Опережая ожидания</p>Как уже было сказано, история с криспер — не просто очередной шаг в методиках генной инженерии. Она имеет, на наш взгляд, куда большее, принципиальное значение. Если предыдущую главу мы завершили выводом, что нанореволюция в биомедицине откладывается на неопределенное время в связи с отсутствием видимых успехов в разработке «железных» нанороботов, то появление криспер-метода изменило ситуацию. Фактически, на основе ПНА был создан вполне работоспособный, пусть и не без недостатков, образец клеточного программируемого наноавтомата. Это неожиданный и существенно опережающий все возможные ожидания прорыв.
