Используя человеческие плюрипотентные стволовые клетки и разрезающий ДНК белок из бактерии, вызывающей менингит, ученые из Научно-исследовательского института Моргриджа (Morgridge Institute for Research) и Северо-Западного университета (Northwestern University) разработали эффективный метод выявления и репарации дефектных генов. В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые сообщают, что новый метод гораздо проще применяемых сегодня и может стать основой для значительных достижений в регенеративной медицине, биомедицинских исследованиях и в скрининге лекарственных средств.

«Эта система позволяет восстановить любые генетические дефекты, включая ответственные за некоторые формы рака молочной железы, болезнь Паркинсона и другие заболевания», – говорит один из первых авторов статьи Чжунгун Хоу (Zhonggang Hou). «Тот факт, что она может быть применена к человеческим плюрипотентным стволовым клеткам, открывает двери перед их эффективным терапевтическим применением».

Ученые сосредоточили свое внимание на бактерии Neisseria Meningitidis, потому что она является хорошим источником белка Cas9, необходимого для точного вырезания поврежденных участков ДНК.

«Этим белком можно управлять с помощью различных типов малых РНК, что позволяет аккуратно удалять, заменять или корректировать проблемные гены», – объясняет преимущества нового метода другой первый автор Янь Чжан (Yan Zhang). «По сравнению с другими недавно разработанными методами, основанными на белках, таких как нуклеазы «цинковые пальцы» и TALENs, это шаг вперед».

Сегодняшние методы коррекции генов требуют инженерных белков, помогающих в разрезании ДНК. По словам Хоу, процесс синтеза РНК для нового процесса занимает всего от одного до трех дней, в то время как для получения пригодных инженерных белков нужны недели и даже месяцы.

«Человеческие плюрипотентные стволовые клетки могут размножаться бесконечно, давая начало практически всем типам клеток организма, что делает их неоценимыми для регенеративной медицины, скрининга лекарственных средств и исследований в области биомедицины», – говорит один из руководителей работы профессор молекулярной биологии Джеймс Томсон (James Thomson) из Института Моргриджа. «Наше сотрудничество с группой из Северо-западного университета значительно приблизило нас к полной реализации потенциала этих клеток, так как теперь мы можем точно и эффективно манипулировать их геномом. Это открытие имеет множество практических приложений».

Одним из основных недостатков ранее разработанных методов является случайное разрезание ДНК или вырезание участков молекулы не там, где это необходимо, что поднимает вопросы о безопасности их использовании в регенеративной медицине. По мнению другого руководителя исследования, Эрика Сонтеймера (Erik Sontheimer), полученные их группами результаты позволяют говорить о безопасности новой технологии. Кроме того, помимо преодоления препятствий, связанных с безопасностью, простота использования этой системы сделает то, что когда-то считалось сложным проектом, рутинной лабораторной методикой, катализирующей будущие исследования.

Оригинальная статья в PNAS

Efficient genome engineering in human pluripotent stem cells using Cas9 from Neisseria meningitidis