Технология CRISPR дала ученым возможность «настраивать» ДНК и удалять из молекулы дефектные гены. Специалисты из области синтетической биологии пошли дальше и хотят внедрить в науку принципы инженерии. Что это значит?

Научное издание SingularityHub выделяет четыре технологии, потенциальное применение которых способно революционизировать генную инженерию в ближайшем будущем.

1. Дизайн генома

На данном этапе развития науки нельзя понять заранее, как будет выглядеть геном определенного человека: невозможно представить, в какие комбинации сложатся родительские гены и какие другие условия окажут влияние на формирование ДНК. Однако в теории это возможно. Например, ученые из международного проекта Synthetic Yeast 2.0 уже сделали первые шаги в этом направлении. Они моделируют результаты изменений в последовательностях в геноме. В этом им помогает машинное обучение, которое собирает огромное количество биологических данных, чтобы затем на основе них создать модель генома.

2. Синтез ДНК

Синтез ДНК, или по-другому репликация, — это образование новой молекулы на основании исходной. В ходе деления клеток каждая новая получает ДНК, которая полностью совпадает с ДНК материнской клетки. Синтез ДНК обеспечивает передачу наследственной информации.

Ученые уже несколько десятилетий синтезируют ДНК — но лишь короткий участок длиной всего несколько сотен пар оснований. Геном — это длинная последовательность нескольких тысяч пар оснований. Теоретически геном можно спроектировать с помощью сшивания множества маленьких участков ДНК. Однако этот процесс очень трудоемкий и долгий, из-за чего ученые могут совершить массу ошибок. Именно поэтому генетики сейчас разрабатывают новые ферменты, которые могут уменьшить количество ошибок и повысить качество получившихся последовательностей.

3. Редактирование генома

Ученые уже умеют редактировать геном, однако вносить в него серьезные изменения им пока не под силу. Если генетики научатся это делать, возможно, в будущем даже не потребуется разрабатывать технологию написания генома с нуля. Продвинутое редактирование будет возможно тогда, когда специалисты смогут предотвращать «соперничество» нескольких РНК, которые «сообщают», в какое место в геноме надо вносить изменения.

4. Искусственные хромосомы

ДНК упакована в хромосомы, число и форма которых варьируются в зависимости от вида. Сейчас ученые работают над созданием искусственных хромосом. В теории вместо 46 хромосом человек может иметь 47, и эта лишняя хромосома будет содержать в себе гены, введенные учеными. Это может быть абсолютно любой ген — например, защищающий от ВИЧ или другой серьезной болезни. Пока что генетики смогли создать искусственные дрожжевые и бактериальные хромосомы.

В Японии требуют определения более строгих правил редактирования генома оплодотворённой яйцеклетки человека

Комитет экспертов при министерстве здравоохранения Японии представил обзорный доклад, в котором требует более строгих правил по редактированию генома оплодотворённой яйцеклетки человека.

Ожидается, что комитет в скором времени составит подробный отчёт, в котором подчеркнёт необходимость законодательных ограничений и других мер для представления правительственной комиссии по биоэтике.

Представленный доклад также призывает к регулированию традиционных методов генетической модификации, таких как использование вирусов для изменения генов.

С другой стороны, в докладе отмечается, что технология редактирования генома, вероятно, поможет предотвратить неизлечимые заболевания путём восстановления аномальных генов в оплодотворенных яйцеклетках.

В докладе содержится призыв к дальнейшим исследованиям возможности редактирования генома для рождения ребёнка в случае, если текущие проблемы будут решены и технология станет широко принятой обществом. Редактирование генома в настоящее время несёт в себе опасность изменения генетической информации, не предназначенной для изменения.

[Авторское право The Jiji Press, Ltd.]

Учёные сравнили гены детей «из пробирки» и зачатых естественным путём

Исследователи из Австралии в ходе широкомасштабного эксперимента обнаружили характерные особенности набора меток на ДНК у детей, зачатых с помощью репродуктивных технологий.

Ученые проанализировали метильные метки на ДНК более 400 человек разных возрастов, зачатых естественным путём, и «детей из пробирки». Обнаружилось, что вне зависимости от типа технологии набор меток на ДНК у детей, зачатых в результате использования разных репродуктивных технологий, имеет определённые характерные особенности. Но на здоровье младенцев они не влияют и с возрастом исчезают. Работа опубликована в журнале Nature Communication.

35 лет назад австралийские ученые из Института исследования детей Мердок запустили продолжительный эксперимент. Они отбирали образцы крови младенцев, зачатых естественным путем или с помощью репродуктивных технологий. Спустя 22−35 лет, когда дети выросли, их кровь снова брали для анализа и сравнения набора эпигенетических меток. Исследователи сознательно отбирали детей без врожденных патологий, чтобы сравнить маркеры, не связанные с ухудшением здоровья. Наконец научный коллектив под руководством Бориса Новаковича смог подвести итог эксперимента.

Учёные полагают, что к различиям в характере меток на ДНК могла привести гормональная стимуляция матери, которую проводят, чтобы получить от нее сразу несколько яйцеклеток. Либо, допускают исследователи, дело в эпигенетических особенностях родителей: ведь если им потребовались репродуктивные технологии, значит, они имеют определённые проблемы со здоровьем.

В итоге Новакович и его группа подтвердили: на эпигенетическом уровне «дети из пробирки» отличаются от зачатых естественным путем. Однако эти отличия не влияют на здоровье и исчезают по мере взросления.

Обратим внимание на метод, которым проводилось исследование — лонгитюдный. Смысл его в том, чтобы наблюдать большую группу людей очень продолжительный срок. Метод весьма затратен по времени и финансово, зато даёт возможность наблюдать за развитием процессов во временной перспективе, что зачастую делает его незаменимым.