Генетика на завтрак. Научные лайфхаки для повседневной жизни

В настоящее время в мире насчитывается около 7,4 миллиарда человек, и практически все они являются носителями генов, имеющих отношение к тем или иным заболеваниям. По всей видимости, человечество само по себе битком набито спасительными мутациями, которые мы не обнаружим, пока не начнем вплотную заниматься генами здоровых людей.

Наука знает сотни мутаций, вызывающих заболевания. Однако систематический поиск дополнительных мутаций генов, которые предотвращают болезни, до сих пор пребывает в зачаточном состоянии. Одним из пионеров в этой области является американский исследователь Стивен Френд. Он запустил проект под названием The Resilience Project — А Search for Unexpected Heroes, или «Проект жизнестойкости» — поиск нежданных героев [83]. Согласно оценкам, примерно один из 20 000 человек является «генетическим героем». Это люди, которые на самом деле должны быть больны, но им удается избежать этого, потому что их защищает спасительная мутация. Чтобы найти этих героев, представители проекта Resilience по всему миру собирают образцы ДНК миллионов добровольцев старше 40 лет, которые никогда не страдали от наследственных детских болезней. Этих людей подвергают проверке на дефекты генов, которые, как известно, должны вызывать серьезные детские заболевания. Но, раз они не заболели, значит, что-то помогло им сохранить здоровье, будь то питание, влияние окружающей среды или просто спасительные мутации. Поиск последних и есть цель работы проекта для последующей разработки соответствующего лечения. Хотя сделано еще далеко не все, но уже были обнаружены десятки генетических героев. Их мутации могут подсказать, с чего следует начинать, чтобы предотвратить болезнь.

Чем больше геномов секвенируется, тем проще ученым-биоинформатикам находить спасительные мутации в огромном количестве данных.

Таким пациентам может помочь изучение геномов здоровых людей, ставшее возможным благодаря низкой стоимости анализа ДНК.

Переписать гены.

Вы тоже раздражаетесь, когда спрашиваете у кого-то совета, а в ответ слышите: «Просто будь собой!»? Давайте будем честны, у вас 21 000 генов, и даже не говорите, что не хотели бы изменить хотя бы один из них. Как насчет мутации CCR5-A-32? Она может наделить вас иммунитетом к ВИЧ, позволив вести беззаботную жизнь в духе Барни Стинсона. Если это кажется вам слишком радикальным, можно начать с небольшой мутации в гене АВСС11, который определяет, будет ваша ушная сера влажной или сухой. Существуют огромные базы данных, предоставляющих информацию о том, с какими свойствами связаны разные варианты генов. Но можем ли мы вообще изменять эти последовательности? Как часто случается, нам под руку подвернулись кишечные бактерии. А именно рок-звезда среди обитателей пищеварительного тракта, самая изученная бактерия в мире: Escherichia coli. Уже в 1987 году у одноклеточных организмов обнаружили повторяющиеся участки ДНК, как поступать с ними, тогда еще не знали. Сегодня последовательности носят звучное название Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (Кластерированные регулярные интервальные короткие палиндромные повторы) — сокращенно: CRISPR (произносится как «криспер»). К тому времени уже узнали, что они являются частью примитивной иммунной системы, с помощью которой бактерии защищаются от вирусов. При считывании последовательности CRISPR образуется нить РНК. Она содержит последовательность букв, которая может целенаправленно привязываться к участку в геноме вирусов. Когда Е. coli инфицирована, РНК присоединяется к ДНК вируса-захватчика. Но это действие само по себе еще не приносит пользу бактерии, поэтому РНК дополнительно привязывается к ферменту CAS9 (произносится как «кас-найн»). Белок в состоянии разрезать ДНК. Если РНК CRISPR вместе с CAS9 привязывается к ДНК вируса, генетический материал захватчика разрезается, прежде чем сможет нанести ущерб.

В 2013 году впервые удалось изменить человеческие клетки с помощью системы CRISPR.

Как это связано с изменением моего генома? Место, где CAS9 делает разрез, определяется только тем, к какой последовательности букв привязана РНК CRISPR. Если вы хотите сделать разрез в другом гене, нужно просто изменить последовательность CRISPR. Система работает не только у бактерий, но и у таких высших организмов, как мы, люди. Чтобы сделать разрез в человеческом гене, все, что требуется, — это вставить в клетку соответствующую последовательность CRISPR и CAS9. В клетке ДНК CAS9 переписывается сначала в РНК, а затем в белок. Последовательность CRISPR становится РНК, которая передает CAS9, где в генетическом материале клетки следует сделать разрез. Разрыв в ДНК может быть использован как для уничтожения гена, так и для того, чтобы закрыть брешь другой последовательностью генов. Это можно использовать для отключения имеющихся генов или введения новых.

В 2013 году впервые удалось изменить человеческие клетки с помощью системы CRISPR.