Революционный прорыв в генетике: японские учёные впервые удалили лишнюю хромосому при синдроме Дауна

Учёные из Японии сделали важный шаг в развитии генетических технологий. Исследовательская группа Университета Миэ впервые продемонстрировала возможность целенаправленно удалять лишнюю 21-ю хромосому из клеток людей с синдромом Дауна с помощью технологии редактирования генома CRISPR-Cas9. Результаты работы были опубликованы в престижном научном журнале PNAS Nexus. Что такое синдром Дауна? Синдром Дауна — это генетическая патология, возникающая из-за наличия дополнительной копии 21-й хромосомы. В норме у человека две копии каждой хромосомы, но при синдроме Дауна их три. Именно поэтому заболевание также называют трисомией 21. Лишняя хромосома приводит к чрезмерной активности сотен генов, что влияет на развитие нервной системы, сердца, иммунной системы и других органов. Синдром Дауна является самой распространенной хромосомной аномалией. По разным оценкам, его выявляют примерно у 1 из 700–1100 новорожденных детей в зависимости от страны и методов статистического учета.

В чем суть открытия?

До сегодняшнего дня большинство генетических технологий позволяли исправлять отдельные гены или небольшие участки ДНК. Однако японским ученым удалось решить гораздо более сложную задачу — удалить целую лишнюю хромосому.Для этого они использовали систему CRISPR-Cas — «генетические ножницы». Технология способна находить заданные участки ДНК и выполнять чрезвычайно точные разрезы.

Однако главная проблема заключалась в том, чтобы удалить именно третью хромосому 21, не повредив две нормальные копии.Для решения этой задачи исследователи применили метод гаплотипирования. Он позволяет выявить минимальные генетические различия между почти одинаковыми копиями хромосом и точно определить, какую именно нужно удалить. После этого были созданы специальные CRISPR-направляющие молекулы, которые атаковали только лишнюю хромосому.

Каких результатов удалось достичь?

Эксперименты проводили на выращенных в лаборатории стволовых клетках и клетках кожи, полученных от людей с синдромом Дауна.

В результате ученые смогли удалить лишнюю хромосому в части клеток с максимальной эффективностью до 37,5%. После этого в клетках наблюдались изменения, характерные для нормального набора хромосом:

• нормализовалась активность многих генов;
• улучшилось клеточное размножение;
• восстановились некоторые нарушенные метаболические процессы;
• повысилась способность клеток противостоять окислительному стрессу.

Фактически исследователи продемонстрировали, что устранение генетической причины трисомии может частично вернуть клетки к нормальному функционированию.

Означает ли это, что синдром Дауна уже можно вылечить?

Нет. Несмотря на громкие заголовки в СМИ, речь пока идет исключительно о лабораторном эксперименте.

Исследование проводилось только на отдельных клетках в лабораторных условиях (in vitro). Технология не тестировалась на животных и тем более не применялась для лечения людей. Кроме того, ученые сами отмечают, что метод требует значительной доработки из-за риска случайного повреждения других хромосом или участков ДНК.

Еще одна сложность патологии заключается в том, что синдром Дауна влияет на развитие организма с самых первых этапов эмбрионального развития. Поэтому даже в случае создания безопасной технологии уровень ее эффективности будет зависеть от времени применения.

Какие перспективы открывает это исследование?

Несмотря на все ограничения, научное сообщество считает эту работу чрезвычайно важной. Она впервые показала, что целенаправленное устранение лишней хромосомы в человеческих клетках технически возможно.

В будущем такие подходы могут помочь:

• глубже изучать механизмы развития синдрома Дауна;
• создавать новые методы профилактики сопутствующих заболеваний;
• разрабатывать персонализированные генетические терапии;
• влиять на некоторые осложнения, которые часто сопровождают синдром Дауна, в частности повышенный риск раннего развития болезни Альцгеймера

Пока что это лишь первый шаг на долгом пути к серьезным генетическим терапиям. Но именно такие фундаментальные исследования формируют будущее медицины и приближают нас к новым возможностям лечения генетических заболеваний.