Вмъкват безопасно в човешкия геном дълги участъци от ДНК

Учени от Broad Institute на Масачузетския технологичен институт и Харвард успяват да подобрят технологията за редактиране на гени така, че става възможно вмъкването или заместването на цели гени в генома от човешки клетки. Подходът използва основни редактори и еволюирали ензими и проправя път към създаването на ефективни и универсални терапии за заболяванията, свързани с генно увреждане.

Редактирането на цели гени

Вместо да създават генна терапия, за да коригират всяка мутация, учените вече са в състояние да вмъкнат здраво копие на гена на естественото му място в генома.

Новият метод използва комбинация от основно редактиране, което може директно да направи широк диапазон от редакции до 100 или 200 базови двойки, и от разработени нови рекомбиназни ензими, които вмъкват в специфични места в генома големи части от ДНК с дължина хиляди базови двойки.

Системата, наречена eePASSIGE, може да прави редакции с размер на ген няколко пъти по-ефективно от други методи.

>>>Завършено е разшифроването на целия човешки геном

„Доколкото ни е известно, това е един от първите примери за създаване на напълно програмируема система за интегриране на гени в ДНК на клетките на бозайници, която отговаря на основните критерии за терапевтична употреба. Постигнахме ниво на ефективност, което ни позволява да лекуваме повечето, ако не и почти всички генетични заболявания, свързани с увреждане на гените“, казва проф. Дейвид Лу, ръководител на проучванията.

Учените от екипа му смятат, че системата предлага обещаващи възможности за клетъчни терапии, при които се използва прецизно вмъкване на гени в клетки извън тялото преди да бъдат приложени на пациенти за лечение на болести.

>>>Древна ДНК разкрива причината за по-голямата заболеваемост от множествена склероза в Европа

Системата eePASSIGE е с висока ефективност, гъвкава е, а това отваря пътя за създаването на нова категория геномни лекарства.

Как учените стигат до eePASSIGE

Системата, която се справя с интегрирането на гени в ДНК, е естествен резултат от научните търсения на екипа и няколко негови предишни открития и разработки.

Основното редактиране, с което биват извършвани ефективни промени в ДНК, се използва от много учени.

Въвеждането обаче на цели здрави гени, често дълги хиляди базови двойки в тяхното естествено местоположение в генома е дългогодишна цел на всички, които се занимават с редактиране на гени.

Така е, защото от една страна могат да бъдат лекувани много болни, независимо от това коя е мутацията в гена, причиняваща заболяване, а от друга, защото се запазват околните ДНК последователности, което увеличава вероятността новият ген, който е инсталиран да бъде регулиран правилно.

През 2021 г. екипът на проф. Лиу съобщава за ключов напредък към постигането на тази цел.

Учените разработват подход за редактиране, наречен twinPE, който подготвя местата за поставяне на рекомбиназата в генома. След това използва естествени рекомбиназни ензими като Bxb1, за да катализира вмъкването на нова ДНК в редактираните места.

>>>Кръгови ДНК вериги могат да потиснат имунитета на бактериите

Сега изследователите използват технологията PASSIGE за разработване на лечения за генетични заболявания. Установяват обаче, че има възможност за промяна и си постяват задачата да повишат ефективността на редактиране.

По време на проучванията установяват, че ензимът рекомбиназа Bxb1 е виновен за ограничаването на ефективността на PASSIG. Като използват инструментът PACE, разработен от екипа им преди това, те създават бързо по-ефективни версии на Bxb1 в лаборатория.

Полученият нов вариант на Bxb1 - eeBxb1 подобрява метода eePASSIG като обединява средно 30% от товара с размер на ген в миши и човешки клетки. Това е четири пъти повече от оригиналната техника и 16 пъти повече от метода PASTE.

Опитите, извършени върху човешки и миши клетъчни култури, позволяват да бъдат успешно вмъкнати нови гени в ДНК на всяка трета клетка.

А толкова високо ниво на ефективност при редактиране на генома, дава възможности за използването на метода за лечение на форми на мускулна дистрофия тип Дюшен, наследствен панкреатит, синдром на Бругада, миотония на Томсън. Заболявания, причинени от неправилното функциониране на определени гени в резултат на появата на мутации в тях.

Резултатите от настоящото изследване са публикувани в Nature Biomedical Engineering.

Вмъкването на допълнително копие в тези ДНК участъци на генома в клетките на болните, ще потисне болестта и ще върне функциите им към нормалното.

>>>Откриха десет генетични региона, повишаващи риска от наследствени аритмии

Проф. Лиу подчертава, че системата eePASSIG осигурява обещаваща основа за проучвания, посветени на генетичните заболявания и лечението им. „Надяваме се, че тази система ще се окаже важна стъпка към реализиране на ползите от целенасочена генна интеграция за болните“, казва проф. Дейвид Лиу, когото определят като посветен на темата за създаване на терапия от следващо поколение.