синтетична біологія

1. Диявол сидить в деталях
2. Чим замінити тхора?

Що таке «синтетична біологія»? Це нова і швидко розвивається галузь молекулярної біології, яка дозволяє не тільки маніпулювати з реальними генами і геномами, а й створювати абсолютно нові послідовності ДНК і нові, ніколи не існували в природі біологічні системи. Такі в прямому сенсі надприродні здібності зобов'язані своєю появою стрімкої еволюції молекулярних і комп'ютерних технологій, завдяки яким сьогодні можна не тільки віртуально «сконструювати» будь-яку генетичну послідовність, а й втілити її в життя. Так, ще в 2002 р з'явився на світ перший повністю штучний вірус, а ще через 8 років - Синтія, перша життєздатна бактерія з повністю штучним геномом. Ці досягнення свідчать про практично безмежних можливостях перепрограмування ДНК, які відкривають не менше безмежні перспективи в самих різних областях науки і життя, починаючи від виробництва нових біотехнологічних матеріалів до створення культурних рослин з «поліпшеним» фотосинтезом. Інша справа, що розпорядитися цими «милостями немає від природи» людство повинно з розумом

Сама ідея синтетичної біології розвивається «навколо» геномної інженерії . За останні роки з'явилися нові, вкрай зручні молекулярні інструменти, за допомогою яких можна яким завгодно чином змінити геном практично будь-якого організму. Так, це, може бути, дорого, можна при цьому уткнуться в якусь поки не відому проблему, але навіть на поточному рівні розвитку технологій молекулярної біології можна поетапно за, умовно кажучи, «трильйон доларів» слона перетворити в мамонта, відродивши цей прекрасний вимерлий вид.

Інша справа, чи треба це робити? Адже у синтетичної біології багато інших, набагато більш актуальних і важливих завдань, пов'язаних, наприклад, з створенням засобів діагностики, профілактики і лікування хвороб людини, в тому числі із застосуванням персоналізованого підходу , А також забезпеченням продовольчої безпеки та підвищення якості продуктів харчування. Саме ці завдання лягли в основу актуальних напрямків досліджень в рамках проекту САЕ «Синтетична біологія» Новосибірського державного університету.

Коли мова зайшла про заявку на проривний проект від нашої САЕ, нам не довелося довго думати: її предметом стала розробка нових засобів для геномного редагування і їх застосування для спрямованого зміни людських клітин. Технології геномного редагування, з'явившись в останні кілька років, зробили справжню революцію як в науках про життя, так і в практичних областях, включаючи медицину, сільське господарство і промислові біотехнології. Без швидкого освоєння подібних технологій Росія ризикує опинитися в числі аутсайдерів.

Диявол сидить в деталях

Перший блок нашого проекту - фундаментальний - спрямований на вивчення процесів, що відбуваються в клітині в процесі її «редагування»; другий - на вдосконалення інструментів редагування, включаючи розробку нових ферментів, способів доставки генетичного матеріалу і методів управління внутрішньоклітинними процесами; третій - на отримання практичних результатів.

Чому так важлива ця перша, фундаментальна частина? Головна проблема геномного редагування полягає в доступності і уявній легкості самої технології, в результаті чого темпи її використання набагато випередили темпи «розуміння» її механізмів. Цілеспрямованої модифікацією геному будь-яких організмів, від бактерій до людини, зараз може займатися практично будь-яка добре оснащена біологічна лабораторія. Однак не більше двох десятків дослідницьких груп в світі реально займаються дослідженням відповідних молекулярних механізмів і клітинних процесів, намагаються розібратися, що насправді відбувається в клітці при редагуванні генів. Кажуть, що диявол сидить у деталях. Недолік розуміння призводить до низької ефективності, що доводиться компенсувати грошима. Умовно кажучи, зараз, щоб домогтися поставленої мети, доводиться буквально «тикати навмання» і замість десяти планшетів з клітинами задіяти тисячу.

Якщо говорити про найпопулярнішу на сьогодні систему геномного редагування CRISPR / Cas9 , То поки що більш-менш відомо, і то не до кінця, лише як працює білок Cas9, який вносить розрив в ДНК. У тому числі не дуже зрозуміло, як цей фермент знаходить свою мету в геномі, так як в пробірці Cas9 працює вкрай неефективно в порівнянні з більшістю інших ферментів: реакція вимагає тривалого часу і багаторазового надлишку ферменту по відношенню до ДНК-мішені.

Наступний крок при геномном редагуванні - внесення в клітку нового генетичного матеріалу, який передбачається вмонтувати в розрив ДНК. На сьогодні процес генетичної рекомбінації (перебудови ДНК) на основі такого нового штучного олигонуклеотида - це справжній «чорний ящик». В принципі ми вже досить багато знаємо про механізми рекомбінації у людини, але тільки в «штатних» ситуаціях. І знаємо, що хоча рекомбінація при формуванні статевих клітин або при репарації ( «Ремонті») пошкодженої ДНК йде по одній і тій же принциповій схемі, деталі цих механізмів абсолютно різні. Щоб розібратися в механізмах рекомбінації при геномном редагуванні, дізнатися, наскільки в них задіяна система звичайної рекомбінації, а наскільки якісь нові елементи, потрібно ще років двадцять.

Але зате коли ми зможемо в усьому цьому розібратися, то отримаємо можливість регулювати сам шлях, по якому йде редагування. Як відомо, метою зазвичай є виключення гена або зміна його функції. Вимкнути простіше, тому що в даному випадку достатньо внести розрив, який клітина «заштопати», зазвичай з помилками. Причому клітина віддасть перевагу цей простий шлях і тоді, коли ми плануємо провести заміну фрагмента з рекомбінацією: клітинні системи в цьому випадку «норовлять" не замінити, а вимкнути мішень. Зараз багато дослідників працюють над вирішенням цієї проблеми, починаючи з таких простих речей, як інгібування ферментів, які в цьому процесі беруть участь. Наприклад, виявилося, що один з таких ферментів відзначено зниження звичайним кофеїном, і якщо клітини отримують таку «дозу», рекомбінація йде краще.

Що стосується удосконалення інструментарію редагування генома, то я бачу тут два принципових шляхи. По-перше, можна якимось чином модифікувати і покращувати вже відомі ферменти, такі як Cas9. Структура цих білків добре вивчена, і можна вносити в неї мутації для підвищення їх точності або ефективності. Крім того, в якості адресують структур, які шукають і розпізнають потрібний фрагмент гена, можна використовувати не звичайні напрямні РНК, а модифіковані нуклеїнові кислоти, завдяки яким можна підвищити швидкість або точність пошуку мішені. У нашому проекті над цим завданням буде працювати група під керівництвом чл.-кор. РАН Д. В.Пишного.

Другий шлях - пошук принципово нових способів геномного редагування. Ми зараз досить багато знаємо про те, як білки взаємодіють з ДНК, більш того, з кінця минулого століття накопичилося досить багато описів цікавих феноменів в цій області, які в той час були незрозумілими і не пояснені. Наприклад, було виявлено, що в клітинах з певною ефективністю будуть відбуватися мутації і геномні заміни навіть в тому випадку, якщо їх просто обробити олигонуклеотидами! Зараз в наших руках є всі необхідні технології, щоб дослідити процеси, які при цьому відбуваються.

Чим замінити тхора?

Цінність всіх наших досліджень, включаючи фундаментальні, ще й в тому, що їх результати можуть стати основою нових технологій, які не підпадають під вже наявні патенти. Справа в тому, що вся область геномного редагування зараз повністю «покрита» патентами людей, які ці технології створили і чиє фінансування обчислюється мільярдами доларів. У цьому сенсі нам з ними змагатися марно - вигідніше спробувати знайти власні обхідні шляхи.

Практичним виходом наших робіт повинен стати не відроджений мамонт, на якого в будь-якому випадку грошей не вистачить, а цілком реальні нові клітинні лінії, які можуть бути використані в різних фармакологічних дослідженнях для пошуку ліків проти таких широко поширених захворювань, як грип, хвороба Паркінсона і рак молочної залози.

Наприклад, сьогодні найбільш підходящою моделлю для пошуків і тестування ліків від грипу вважаються лабораторні миші, які від нього гинуть, а набагато більші і вимогливі тварини - тхори. У цих тварин клітини легеневого епітелію схожі з людськими, тому вони надзвичайно сприйнятливі до вірусу грипу людини і здавна використовуються фармакологами. Якщо нам вдасться за допомогою геномного редагування створити лінії людських клітин з різною чутливістю до вірусів грипу, це набагато спростить пошук відповідних ліків.

Ще одна подзадача - отримання клітинних ліній для тестування токсичності нових хімічних сполук, яких щорічно синтезується сотні тисяч. Всі ці речовини необхідно тестувати на безпеку для людини, для чого зазвичай вважають за краще використовувати лабораторних тварин . Справа в тому, що при тестуванні на токсичність традиційно віддають перевагу «перебдеть, ніж недобдеть», а результати, отримані на стандартних клітинних лініях, зазвичай спотворюють показання в бік меншої токсичності в порівнянні з даними, отриманими на тварин. Дійсно, окремі клітини виявляються більш стійкими до негативних впливів, так як в організмі, як правило, є своє «слабка ланка» - невеликі клітинні популяції особливо «вразливих» клітин (наприклад, стовбурових ), Які і визначатимуть стійкість всієї особини. Так як зараз рух за відмову від використання тварин в подібних дослідженнях набирає обертів, нові генетично модифіковані лінії клітин з підвищеною сприйнятливістю зможуть стати адекватною заміною.

Якщо ми не виграємо конкурс проривних проектів, це не означає, що вся наша діяльність в області геномного редагування припиниться. Дослідження, безумовно, будуть розвиватися, тільки меншими темпами.

Уже в рамках поточного фінансування ми створили нову структуру під назвою «Центр перспективних біомедичних досліджень», яка об'єднає шість університетських лабораторій, що мають відношення до геномному редагування. І хоча на будь-які фантастичні результати в цьому випадку розраховувати не доводиться, але, спираючись на інтелектуальні та матеріальні ресурси інститутів СО РАН, ми здатні створити, можливо, кращий в Росії центр в цій області.

У цьому сенсі конкурентів у нас небагато, за винятком того ж Сколково, вітчизняних наукових груп, що займаються фундаментальними роботами по геномному редагуванню, дуже мало.

Д.б.н., професор РАН Д. О. Жарков

Серед усіх учасників САЕ НГУ «Синтетична біологія» мені хотілося б в першу чергу відзначити лабораторію структурної біоінформатики і молекулярного моделювання НГУ, очолювану А. Ю. Бакуліної, з якої ми підтримуємо тісну співпрацю. Займається вона розробкою і застосуванням технологій комп'ютерного моделювання про біологічні макромолекулам - я вважаю цей напрямок одним з найважливіших у сучасній синтетичної біології.

Традиційний підхід у створенні нових з'єднань полягає в тому, що проводиться багато синтезів, отримують масу варіантів, а з них вже вибирають відповідні. Завдяки ж розрахунковим технологіям ми спочатку можемо спрогнозувати властивості майбутнього з'єднання, «спроектувати» його, а вже потім його створювати. Тобто дослідник може заздалегідь прорахувати і оцінити результат. Значимість цього важко переоцінити, коли мова йде про такі складні молекулах, як похідні олігонуклеотидів (коротких фрагментів нуклеїнових кислот ), І ви хочете, наприклад, знати, чи будуть вони адекватно відповідати структурі подвійної спіралі ДНК за розміром, міцності і іншим структурним характеристикам.

Конкретне завдання, якою займаються фізики з нашої лабораторії біомедичної хімії, - відпрацювання методик і розрахунків, які ляжуть в основу таких комп'ютерних алгоритмів. І хоча повністю вона ще не вирішена, успіхи вже є.

Потрібно сказати, що технології молекулярного докінгу (методу молекулярного моделювання, що дозволяє передбачити орієнтацію і положення молекул, найбільш вигідні для утворення стійкого комплексу) в світі зараз дуже популярні, і в першу чергу в зв'язку з пошуком і створенням нових лікарських сполук. Наприклад, за допомогою цих комп'ютерних технологій можна відібрати молекули, здатні з високою ефективністю зв'язуватися з певною ділянкою білка-ферменту і тим самим блокувати його роботу.

Такі технології, безумовно, потрібно розвивати, причому в більш «глобальному» форматі. Під останнім я маю на увазі звернення до олігомерів (молекулам у вигляді ланцюжка з невеликого числа однотипних складових ланок), тоді як у разі традиційного докінгу мова йде, як правило, про низькомолекулярних сполуках. В якості таких «середньомолекулярних» з'єднань можуть виступати не тільки стандартні олігонуклеотиди, але і будь-які інші штучно створені молекулярні блоки у вигляді самих різних олігомерних ланцюжків. І в цьому випадку на перший план виходить комп'ютерне моделювання, так як число варіантів при цьому різко зростає.

Що стосується хімічних методів отримання штучних олігомерів, то технічний базис для цього у нас вже є. Хоча поки ми використовуємо ці технології з метою підвищити функціональність тих же олігонуклеотидів для додання їм додаткової гидрофобности, введення репортерного мітки і т. П. Адже в цій галузі також є ще багато невирішених питань, таких як доставка з'єднань в живі клітини. Наприклад, для цієї мети часто використовується варіант, коли до олігонуклеотидів приєднують спеціальні хімічні угруповання (наприклад, залишок холестерину), але це не завжди виправдано і ефективно. Але ж для модифікації олігонуклеотидів можна використовувати ті ж самі додаткові ненуклеотідние ланцюжка, ланки яких самі по собі будуть грати роль функціональних угруповань з потрібними властивостями.

Цей підхід в перспективі може привести до створення нового типу олігомерних агентів ненуклеотідной природи, для яких буде характерно величезне потенційне розмаїття функціональних властивостей окремих ланок, ймовірно, навіть більше, ніж в разі використання амінокислот. І, звичайно, є задумка колись остаточно відмовитися від олігонуклеотидів і створити на основі вже добре «проробленої» нуклеотидной хімії щось абсолютно нове на кшталт мультифункціональних олігомерів.

Як приклад практичних результатів в області синтетичної біології хочу привести фосфорілгуанідіни - створені в ІХБФМ СО РАН нові хімічні аналоги нуклеїнових кислот, прикладними програмами яких зараз активно займаються в лабораторії хімії нуклеїнових кислот (керівник к. Х. Н. Д. А. Стеценко) і в нашій лабораторії біомедичної хімії.

Так, спільно з Британських Вчених Вже подано заявку на патент на использование ціх Сполука при терапії Важко генетичного захворювання - м'язової дістрофії Дюшенна, яка виробляти до повної Втрата здатності рухатіся и в підсумку до смерти. Причина хвороби - мутація, наслідком якої є Порушення процесса сплайсингу (Вирізання фрагментів) при дозріванні інформаційної РНК , В результаті чого в клітинах синтезується «неправильний» білок дистрофин, що є важливим структурним компонентом м'язової тканини.

Коригувати цей патологічний процес можна за допомогою олігонуклеотидів, і, як показали дослідження на лабораторних тваринах, для цієї мети добре підходять наші фосфорілгуанідіни. Останні працюють не гірше, ніж морфолінового олігомери, зовсім недавно дозволені в США до практичного застосування. В обох цих випадках був реалізований один і той же принцип, хоча і на різних платформах. Звичайно, така терапія означає довічні уколи, але альтернативним варіантом є лише редагування генома, яке на сьогоднішній день недоступно, хоча і стає все більш реальним з плином часу.

Сьогодні ми сконцентрувалися на ще одному дуже важливому практичному застосуванні фосфорілгуанідінов - діагностиці захворювань. Є тип діагностичних сенсорів на основі напівпровідникових нанодротів, які працюють за принципом польових транзисторів. Провідність такого нанопровідники змінюється, коли на його поверхні з'являється заряд. Молекула ж фосфорілгуанідінового олигонуклеотида, на відміну від звичайного, сама по собі не має заряду. Іммобілізований на поверхні провідника, такий олигонуклеотид здатний специфічно зв'язатися із зарядженою РНК-мішенню - нуклеотидним маркером того чи іншого захворювання. При цьому детекція сигналу з провідника буде йти лише в разі успішного зв'язування з мішенню, що несе електричний заряд. В експериментах, проведених спільно з новосибірським Інститутом фізики напівпровідників ім. А. В. Ржанова СО РАН було доведено, що за допомогою сенсора, на який «посаджені» похідні фосфорілгуанідінов, можна дійсно без додаткових позначок отримувати прямий діагностичний сигнал.

Повертаючись до технологій комп'ютерного моделювання, нагадаю, що до складу «Центру перспективних біомедичних досліджень», створеного в НГУ в рамках САЕ «Синтетична біологія», увійде нова лабораторія білкової інженерії. Як видно з назви, вона буде займатися створенням нових ферментів та інших білків із зміненими властивостями, які передбачається використовувати для потреб біотехнології або в якості терапевтичних препаратів або молекулярних інструментів. Адже віртуально «спроектувавши» і вивчивши ту чи іншу потрібну білкову молекулу, потрібно потім звернутися до методів генної інженерії, щоб почати її реально виробляти. Тобто постає конкретне завдання синтезувати відповідні генні послідовності - штучні гени.

Щоб «зібрати» один такий ген, потрібно в певному порядку з'єднати кілька сотень штучно синтезованих нуклеотидних ланцюжків! Зазначу, що в Росії подібних технологій практично немає, як немає і наукових колективів, які займаються цією проблематикою. Винятком є ​​група к. Х. н. А. Н. Синякова з нашої лабораторії, яка домоглася чималих успіхів в розробці методів синтезу олігонуклеотидів на поверхні спеціальних чіпів - невеликих кремнієвих пластинок з безліччю осередків, де можна одночасно синтезувати велику кількість нуклеотиднихпослідовностей різного складу.

Наші дослідники спільно з фахівцями з Інституту фізики напівпровідників ім. А. В. Ржанова та Інституту автоматики і електрометрії СО РАН розробили і вже апробували чиповую технологію синтезу олігонуклеотидів, засновану на використанні фотолабільних захисних груп або фотогенератора кислот. Надалі набір цих олігонуклеотидів піддають ряду спеціальних обробок, щоб в результаті отримати цільову генну послідовність.

Зауважимо, що оскільки технології ефективного синтезу штучної ДНК відкривають нові можливості не тільки в промисловості, медицині і сільському господарстві, а й у створенні біологічної зброї, в світі робляться практичні дії по обмеженню їх поширення. Це означає, що подібні установки в нашу країну експортуватися не будуть. Створення ж вітчизняного мікрочіповие синтезатора - це наш реальний крок до створення штучних генів, що є одним з наріжних каменів синтетичної біології. А від цього недалеко і до створення штучних живих клітин, а в більш віддаленій перспективі - і цілих організмів.

Член-кор. РАН, д.х.н. Д. В. Пишний

Науково-дослідницький підрозділ по дослідженню захисних репараційних систем, яким я керую в рамках САЕ «Синтетична біологія» НГУ, фактично складається з тих співробітників трьох лабораторій Інституту хімічної біології і фундаментальної медицини СО РАН, які найбільш тісно співпрацюють з університетом, - моєї лабораторії біоорганічної хімії ферментів, лабораторії дослідження модифікації біополімерів (керівник - д. х. н. О. С. Федорова) і лабораторії ферментів репарації (керівник - д. х. н. Г. А. Невинський).

Ми займаємося фундаментальними дослідженнями систем репарації ДНК , Результати яких важливі для розуміння механізмів старіння і можуть стати основою для конструювання інгібіторів ферментів репарації ( «ремонту») ДНК, що представляють інтерес для медицини. Всі ці роботи засновані на міждисциплінарному співпраці, яке раніше підтримувалося спеціальними інтеграційними проектами СО РАН, а тепер перемістилося на майданчик університету. Цьому дуже важливого питання присвятив свою доповідь ректор НГУ, чл.-кор. РАН М. П. Федорук на останній наукової сесії Загальних зборів СО РАН. Він назвав такий перехід новим вектором розвитку Новосибірського академмістечка. САЕ дозволяє не тільки більш ефективно організувати міждисциплінарне співробітництво, а й активно включати в дослідження студентів і магістрів НГУ.

повертаючись до системам репарації ДНК , Потрібно сказати, що зараз ми чітко розуміємо, що всі білки репарационной системи, відповідальної за виправлення пошкоджень ДНК, є потенційними мішені для лікарських препаратів. Універсальної мішенню є, наприклад, ядерний білок полі (АДФ-рибоза) -полімераза 1 (PARP1) - найважливіший регулятор репарації ДНК, інгібування якого може дати виражений ефект при онкологічних захворюваннях, а також ішемічному інсульті та інших патологіях.

PARP1 є «сенсором» пошкоджень ДНК: він першим розпізнає її розриви і приєднується до цих місць, починаючи активно синтезувати олиго- або полі (АDP) -рібозние ланцюжка, які ковалентно зв'язуються з різними акцепторними білками і в тому числі з самої PARP1. В результаті в місці розриву відбувається деконденсація хроматину, що полегшує доступ ферментів репарації. Таким чином, PARP1 сприяє відновленню пошкоджень ДНК, в тому числі і в ракових клітинах при традиційній хіміо- або радіотерапії, що негативно позначається на ефективності лікування.

Що стосується випадків порушення мозкового кровообігу в результаті ішемії, то при множинних пошкодженнях геному гіперактивація PARP1 призводить до швидкого виснаження наявних в них енергетичних запасів у вигляді молекул АТФ, що загрожує незворотною загибеллю нейронів.

Ідея пригнічувати в подібних ситуаціях активність PARP1 як універсального регулятора процесів репарації на перший погляд видається дуже привабливою. Але не треба забувати, що цей фермент є багатофункціональним білком, і, як показують численні дослідження, пригнічуючи його репараційну активність, ми одночасно придушуємо і інші його функції. Сьогодні на основі інгібітора PARP-1 випускається ліки олапаріб (лінпарза), яке застосовується для лікування деяких видів раку, включаючи рак яєчника. Проте його рекомендовано застосовувати з обережністю через великої кількості небажаних побічних ефектів.

Тому в своїх дослідженнях ми працюємо не тільки з цієї універсальної, але і з іншого, специфічної мішенню - ферментом репарації тирозил-ДНК-фосфодіестеразою 1 (Tdp1).

Справа в тому, що в клітці існують ферменти топоізомерази, які беруть участь в динамічному підтримці певної конформації подвійної спіралі ДНК. Топоізомерази типу I вносять розрив в ланцюг ДНК, ковалентно з'єднуючись з одним з його кінців, після чого в подальшому відбувається відновлення ланцюга. Протиракові препарати на основі камптотецину стабілізують продукти цього ковалентного приєднання, не даючи «залатати» пошкодження, що вноситься топоізомеразою, в результаті чого пухлинна клітина гине. Однак Tdp1 здатний «знімати» цю стабілізацію, тому використання інгібіторів цього ферменту дасть можливість посилити ефективність основної протипухлинної терапії.

Ця робота виконується нами спільно з лабораторій фізіологічно активних речовин Новосибірського інституту органічної хімії ім Н. Н. Ворожцова СО РАН (керівник - д. Х. Н. Н. Ф. Салахутдинов), а також з групою к.б.н. Н. А. Попової з Інстітітута цитології і генетики СВ РАН. В експериментах на лабораторних тваринах з прищепленої пухлиною завдяки застосуванню найефективнішого з розроблених інгібіторів вдалося добитися значного (до 50%) зменшення основної пухлини і практично повного зникнення метастазів. Зараз ми намагаємося отримати фінансування для проведення вже клінічних випробувань цього перспективного протиракового препарату.

І звичайно, потрібно відзначити таке дуже важливий напрямок, як геномних редагування з використанням системи CRISPR / Cas9, за допомогою якого можна «вимикати» самі гени, що відповідають за виникнення хвороб. На цьому передньому краї науки ми відстаємо, тоді як в Європі і США вже створено безліч комерційних фірм, де ці технології використовуються для створення корисних мутацій в цільових генах. Проте, абсолютно необхідно продовжувати займатися науково-дослідними розробками, які підвищать ефективність цього підходу.

В рамках САЕ «Синтетична біологія» ми будемо співпрацювати з НГУ якраз в цьому напрямку, конкретно - з лабораторією геномних технологій, якою завідує д.б.н. Д. О. Жарков. Одне із завдань, рішенням якої буде займатися к.х.н. Н.А. Кузнецов, стосується дослідження детальної кінетики функціонування білкових комплексів саме в цій системі геномного редагування. Іншими словами, належить вивчити, як в термодинамічній режимі відбувається на ДНК збірка комплексу CRISPR / Cas9 з окремих компонентів. Це буде по-справжньому пионерная робота, так як в сучасному світі часто більше звертають увагу на кінцевий результат, а не на особливості самого процесу, що неправильно, тому що розуміння механізму допомагає вдосконалити практичні технології.

CRISPR / Cas9 - це, дійсно, дуже хороший інструмент для дослідницьких і, безумовно, медичних цілей. У той же час потрібно віддавати собі звіт, що результат не завжди буде однозначним, по крайней мере, не для всіх хвороб. Наприклад, за виникнення ракових пухлин відповідає не один ген, тому потрапити «в яблучко» в таких випадках не так просто. Зі своєю появою кожен новий метод завжди викликає тільки захоплені відгуки, але чим більше його застосовують, тим більше розкривається недоліків. Тому розуміння механізмів, що лежать в його основі, буде далеко не зайвим.

Наприклад, розрив нитки ДНК в процесі «редагування» - результат роботи білка Cas9, може «латає» системами репарації, якими ми займаємося. До речі, будь-який розрив в ДНК дуже ефективно розпізнає якраз та сама, інтенсивно нами вивчається PARP1. Цей фермент може впливати на процес спрямованої модифікації гена-мішені, так як він бере участь в регуляції системи «ремонту» подвійних розривів ниток ДНК і впливає на співвідношення процесів негомологичной і гомологичной рекомбінації. Тому дослідження систем репарації дуже важливі для підвищення ефективності роботи систем редагування генома, які грають таку велику роль в сучасній синтетичної біології.

Член-кор. РАН, д.х.н. О. І. Лаврик

література

Власов В. В., Жарков Д. О., Пишний Д. В. Приручення древньої молекули // НАУКА з перших рук. 2014. № 3-4. С. 84-91.

Купрюшкін М. С., Пишний Д. В., Стеценко Д. А. Фосфорілгуанідіни. Новий клас аналогів нуклеїнових кислот // Acta Naturae. 2014. Т. 6. № 4 (23). С. 53-55.

Немудрий А. А., Валетдінова К. Р., Медведєв С. П., Закіян С. М. Системи редагування геномів TALEN і CRISPR / Cas - інструменти відкриттів // Acta Naturae. 2014. Т. 6. № 3. С. 20-42.

Пишний Д. В., Cтеценко Д. А. Фосфорілгуанідіни - нові хімічні аналоги нуклеїнових кислот. // Наука з перших рук. 2014. № 5. C. 6-9.

Ширяєва А. А., Северинов К. В. Системи CRISPR / Cas бактерій і архей. Як компоненти адаптивної імунної системи прокаріот стали універсальним і ефективним інструментом модифікації геномів, дослідження епігеномом і управління транскрипцією генів? / Редагування генів і геномів. Ред. С. М. Закіян, С. П. Медведєв, Е. В. Дементьєва, В. В. Власов Новосибірськ: Видавництво СО РАН, 2016. С. 133-169.

Barrangou R., Doudna JA Applications of CRISPR technologies in research and beyond // Nat. Biotechnol. 2016. V. 34. N. 9. P. 933-941.