Как работает метод точного редактирования генома

В основе открытия – технология, получившую «Нобелевку» по химии в 2020 году

Метод CRISPR помог ученым изучить все гены, которые существуют в организме человека. Цель – понять, какие гены помогают ВИЧ заражать клетки, а какие защищают от вируса. В результате найдены новые защитные механизмы, о которых раньше никто не знал.

Что такое CRISPR

CRISPR – это технология редактирования генов, которую еще называют «генетическими ножницами». Она может найти конкретную ошибку в ДНК (например, вирус) и исправить ее, точно вырезав поврежденный участок.

В 2020 году ученые Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна получили Нобелевскую премию по химии как раз за создание первой работающей версии «генетических ножниц» – CRISPR/Cas9.

Как работают гены

В каждой клетке человека есть 20 тыс. генов. Этот набор везде одинаковый: и в клетках сердца, и в клетках печени, и в клетках иммунитета. Разница только в том, какие гены работают в данный момент. Например, в клетках сердца работают гены, которые регулируют давление, работу сосудов и т. д. В клетках печени работают те, что отвечают за метаболизм. А в иммунных клетках работают гены, нужные для защиты от вирусов.

Исследователей интересовали иммунные CD4+ Т-клетки – именно их ВИЧ использует для заражения. 

Что нашли ученые

С помощью CRISPR эксперты по очереди проверили все 20 тыс. генов в иммунных T-клетках. Чтобы понять: какие из них помогают вирусу заражать клетку, а какие – защищают.

Сначала они поочередно «выключали» каждый ген. Если после этого вирус переставал заражать клетку – значит, этот ген нужен ВИЧ для размножения.

Потом по очереди «включали» гены на полную мощность и смотрели, что будет с вирусом. Так найдены сотни белков, которые влияют на ВИЧ. Особенно заинтересовали белки PI16 и PPID. Раньше никто не знал, что они связаны с защитой от вируса.

Повышенный уровень PI16 не пускает вирус внутрь клетки. Если патоген все же проник – то PPID не дает ему размножиться.

Ученым даже удалось улучшить PPID в лаборатории – он стал в 10 раз эффективнее в борьбе с вирусом. А когда они повысили уровень этих белков в образцах крови пациентов – то вирус не смог заразить клетки, включая самые агрессивные штаммы.

Что дальше

Теперь эксперты знают о защитных свойствах двух новых белков – PI16 и PPID. Следующий шаг – научиться безопасно усиливать эти белки у людей. Они надеются, что с их помощью можно будет добраться даже до «спящих» резервуаров ВИЧ и уничтожить их окончательно.

Более того, ученые создали первую в мире полную карту того, как ВИЧ взаимодействует с генами человека в Т-клетках – главной мишени вируса. Эту карту теперь могут использовать исследователи по всему миру.