- Все, що потрібно знати про технології генної модифікації CRISPR - в цих 4 виступах на TED
- Як перемогти старість (або заробити на бажанні інших її перемогти)
Коли Тімоті Лю (Timothy Lu) ще був студентом медичного факультету в Бостоні, він часто бачив тяжкохворих пацієнтів, знову і знову потрапляли в лікарні з серйозними інфекціями, які не вдавалося вилікувати антибіотиками. У молодому доктора все більше зростало замішання. «Чому ми не можемо їм допомогти?» - ставив собі питанням.
Щоб розробити більш якісне лікування, доктор Лю, який також має ступеня з інформатики та електротехніки, попрямував до лабораторії. Проте його метою було не винайти черговий антибіотик на зразок тих хімічних препаратів, які призначають зараз. Замість цього він вирішив «переписати генетичний код так, щоб він підтримував життя».
Тільки в США щороку через супербактерій - тобто бактерій, стійких до певних антибіотиків - помирає 23 тисячі чоловік. По всьому світу цей показник становить близько 700 тисяч осіб, за остаточною оцінкою уряду Великобританії. Причина - надмірне використання антибіотиків та розвиток бактерій, здатних протистояти навіть самим потужним ліків.
Експерти закликають зосередитися на розробці ще більш потужних медикаментів. Однак деякі вчені, в числі яких і доктор Лю, впевнені, що кращий захист від супербактерій - пошук нових способів ослабити їх зсередини, на молекулярному рівні.
Деякі фахівці прагнуть навчити нашу імунну систему справлятися з шкідливими бактеріями. Інші дослідники вважають, що потрібно перепрограмувати корисних бактерій, що мешкають в нашому організмі, на боротьбу з їх злоякісними сусідами.
У Массачусетському технологічному університеті доктор Лю, тепер уже доцент біоінженерії, розробляє способи протидії супербактеріі за допомогою технології редагування ДНК, яка називається CRISPR / Cas9.
Вчений розповідає, що CRISPR / Cas9 - це, «по суті, молекулярні ножиці», які розрізають відповідальні за імунітет до антибіотиків гени бактерій, вбиваючи їх таким чином.
За словами доктора Лю, технологія приносить результат при використанні бактеріофагів - вірусів, які атакують бактерій. Бактеріофагів і CRISPR / Cas9 можна налаштувати так, щоб вони атакували тільки бактерії з генами стійкості до ліків і не чіпали корисні і безпечні бактерії.
В одному з досліджень, результати якого були опубліковані в журналі Nature Biotechnology в 2014 році, Лю з командою змогли запрограмувати за допомогою CRISPR / Cas9 бактеріофагів на атаку бактерій Escherichia coli, які можуть викликати шлункові кольки, блювоту і діарею.
Принцип дії нинішніх антибіотиків Лю порівнює з «килимовій бомбардуванням», при якій разом з шкідливими гинуть і корисні бактерії. Новий метод лікування з використанням CRISPR / Cas9 буде більше схожий «на роботу снайпера», пояснює вчений.
Більш точковий підхід до лікування має кілька переваг. Втрата корисних мікроорганізмів призводить до поширення небезпечних, стійких до медикаментів бактерій, таких як Clostridium difficile, яка тільки в США вбиває 14 тисяч чоловік щорічно. Нові дослідження корисних бактерій доводять, що вони грають набагато важливішу роль в нашому здоров'ї, ніж вважалося раніше, але використання потужних антибіотиків нейтралізує цю користь.
Мікроснімок бактеріофага - вірусу, атакуючого бактерій - отриманий за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа. Фото: Robert Citorik
Перенести цю технологію з лабораторії в масове виробництво заважають кілька серйозних проблем. Бактеріофаги недостатньо добре вивчені, щоб довести регуляторам безпеку і ефективність їх використання на живих людях. Також з часом шкідливі бактерії вироблять імунітет і до бактеріофагів з Crispr точно так же, як вони навчилися протистояти антибіотикам, впевнений доктор Лю. Одне з можливих рішень цієї проблеми - постійно оновлювати бактеріофагів, щоб обганяти розвиток бактерій.
Величезний потенціал CRISPR спонукав багатьох вчених шукати способи вирішення інших медичних проблем, викликаних генетичними мутаціями, наприклад, лікувати за допомогою технології рак і спадкові захворювання. Однак ця тема вимагає ґрунтовного вивчення.
Одна з головних проблем в тому, що CRISPR може відхиляти від курсу і «відрізати» не ті гени, що в теорії може принести додатковий шкоду. Крім того, експерти побоюються нових, поки ще невідомих, наслідків модифікації вірусів і бактерій за допомогою CRISPR.
Доктор Лю зазначив, що Crispr-модифіковані бактеріофаги вже існують - наприклад, бактеріофаги, атакуючі бактерій-збудників холери. Це означає, що ризик не так вже високий. «Ми не намагаємося винайти технологію з нуля, - пояснює він. - Ми просто намагаємося показати, що платформу можна перенаправити і використовувати для лікування дійсно небезпечних хвороб ».
Гійом Ламберт (Guillaume Lambert), доцент прикладної фізики Корнельського університету, також вивчає можливість «навчання» мікроорганізмів для боротьби з супербактеріями. Дослідження Ламберта сконцентровані на тому, щоб запрограмувати корисних бактерій з мікрофлори організму обчислювати і розправлятися з супербактеріями. Вчений називає свій підхід «живий діагностичною системою».
Гійом Ламберт з 3D-моделлю молекули CRISPR. Фото: Робін Вішна
У своїй лабораторії, схожою на цех по виробництву комп'ютерних мікросхем, доктор Ламберт використовує мікротрубки - діаметром в один мікрометр - для пошуку і спостереження за бактеріями через високоточний мікроскоп. Вчені відстежують, як бактерії реагують на зміни, що вносяться за допомогою CRISPR / Cas9 і ще одного інструменту редагування ДНК - CRISPR / Cas12, і як вони дотримуються інструкцій при боротьбі з іншими мікроорганізмами.
Бактерії постійно прагнуть витіснити своїх сусідів, як корисних, так і злоякісних. Ламберт сподівається, що цю агресивність вдасться спрямувати проти супербактерій. «Клітини живуть так вже мільярди років, і ми намагаємося лише трохи підштовхнути їх в потрібному напрямку, - пояснює вчений. - Для цього нам потрібно запрограмувати [корисних бактерій] так, щоб вони стали трохи сильніше сторонніх ».
Незважаючи на вже досягнуті успіхи, до повноцінного використання при лікуванні ще далеко, зазначає Ламберт. Тим часом супербактеріі стрімко розвиваються.
Незважаючи на це, вчені дуже оптимістично дивляться на потенціал технології для обходу імунітету бактерій. CRISPR як інструмент біоінжінірінга створена зовсім недавно, і вчені можуть виявити ще чимало способів забезпечити здоров'я людей. «Я дуже сподіваюся, що ми зможемо залишатися на крок попереду», - заявив доктор Ламберт.
джерело
Матеріали по темі:
Все, що потрібно знати про технології генної модифікації CRISPR - в цих 4 виступах на TED
Метод редагування генів CRISPR виявився джерелом сотень небажаних мутацій
Як перемогти старість (або заробити на бажанні інших її перемогти)
Біотехнології стануть новим діджіталом
Фото на обкладинці: Emily Falco
Знайшли друкарську помилку? Виділіть текст і натисніть Ctrl + Enter
«Чому ми не можемо їм допомогти?
