Метод генного редактирования позволил ученым Университета Дьюка (США) быстро изучить некодирующую («мусорную») ДНК человека, также известную, как «темная материя генома». Эта технология способна открыть новые пути лечения диабета, рака и неврологических расстройств. Исследование опубликовано в Nature biotechnology.
«Определение отдельных мутаций, вызывающих редкие, разрушительные заболевания вроде дистрофии стало делом относительно простым, — говорит Чарльз Герсбах, профессор университета. — Но более распространенные заболевания, встречающиеся в семьях, часто затрагивают множество генов, а также генетические реакции на факторы окружающей среды. Это гораздо более сложная история, и мы хотим найти способ лучше ее понять. Теперь мы нашли способ».
Новая методика основана на системе редактирования генома CRISPR/Cas9, позволяющей точно отрезать и вставлять последовательности ДНК в живых организмах. К ней ученые добавили молекулярный механизм управления проявлением генов посредством манипуляций биомолекулами, которые определяют, какие гены каждая клетка активирует и до какой степени. С помощью новых инструментов профессор Герсбах и его коллеги исследовали 98% генетического кода человека, который называют «темной материей генома».
Для того чтобы проникнуть в область неизведанного темного генома, ученые разработали компьютерные инструменты анализа больших наборов генетических данных и просканировали сотни типов клеток и тканей, зараженных различными заболеваниями. В результате у них получился список из более чем 2 миллионов потенциально важных мест в темном геноме — слишком большое число. Поэтому ученым пришлось создать метод быстрого исследования потенциально важных генетических последовательностей, ускоренного по сравнению с начальными методиками в 100-1000 раз.
Метод заключается в доставке миллионов систем CRISPR, загруженных в вирусы, каждый из которых нацелен на свою генетическую мишень, в миллионы клеток. Каждая клетка получает только один вирус, а ученые исследуют их на изменения в экспрессии генов или клеточной функции.
Например, при изучении диабета нужно воздействовать на клетки поджелудочной железы и смотреть на изменения в выработке инсулина. Те клетки, которые покажут интересные изменения, следует изолировать и секвенировать для определения цепочки ДНК, на которую воздействовала система CRISPR. Так открывается еще один кусок мозаики.
Эта технология уже дает результаты, говорят ученые. «Имея под рукой столько мест для исследования и возможность производить их быстро и надежно, мы без сомнения найдем новые сегменты, важные для заболеваний, которые укажут нам новые пути разработки лекарственных средств», — говорит профессор Герсбах.
Недавно открытый метод трехмерной сборки позволяет быстро секвенировать референсный геном с нуля при помощи анализа укладки генома, то есть его расположения внутри ядра клетки. Этот способ обходится гораздо дешевле миллионов долларов, которые требуются на полную расшифровку генома одного пациента.