Модифицированные ножницы для редактирования генов CRISPR-Cas9 позволяют исследователям из Цюрихского университета вносить изменения в генетический материал одноклеточных организмов, неотличимые от естественных мутаций. Этот метод позволяет разработать безвредную экспериментальную Живую вакцину против широко распространенного паразита Toxoplasma gondii.

Около трети населения планеты несет токсоплазму gondii, паразита, который ставит людей с ослабленной иммунной системой под угрозу и может вызвать пороки развития в утробе матери. Одноклеточный патоген также приводит к экономическим потерям в сельском хозяйстве, например, токсоплазмоз увеличивает риск абортов среди овец.

Паразит имеет сложный жизненный цикл и заражает практически всех теплокровных существ, включая диких грызунов и птиц. Он вводится в домашний скот, а следовательно, и в человека, исключительно через кошек. У кошек формируются инфекционные стадии, которые выбрасываются в фекалии в окружающую среду в виде инкапсулированных ооцист, а оттуда попадают в пищевую цепь.

"Если нам удастся предотвратить образование этих ооцист, мы сможем снизить распространенность токсоплазмоза среди людей и животных", - говорит Адриан Хель, профессор паразитологии и заместитель декана по исследованиям и академическому развитию факультета ветеринарии Цюрихского университета. Он и его исследовательская группа разработали методы, делающие возможным вмешательство такого рода.

Живая вакцина защищает кошек от естественной инфекции

В более ранних исследованиях команда уже идентифицировала различные гены, ответственные за образование ооцист. Это позволило им разработать Живую вакцину против токсоплазмоза. Исследователи использовали ножницы для редактирования генов CRISPR-Cas9, чтобы отключить эти важные гены, и прививали кошек модифицированными паразитами. Эти патогены не производят инфекционных ооцист, но все же защищают кошек от естественного заражения токсоплазмой в дикой природе.

В то время как CRISPR-Cas9 позволяет точно модифицировать генетический материал, этот процесс также может иметь недостатки в зависимости от протокола, поскольку могут возникать ошибки и непреднамеренные генетические изменения. Теперь исследовательская группа вокруг Хеля сообщает, что они избежали таких нежелательных побочных эффектов, используя модифицированную технику.

Во время редактирования гена CRISPR-Cas9 ученые обычно вставляют в клетку кольцеобразный фрагмент ДНК, так называемую плазмиду. Здесь содержится вся информация, необходимая для создания генных ножниц и элементов, распознающих нужный участок в генетическом материале. Таким образом, клетка сама производит все компоненты ножниц CRISPR-Cas9. Однако впоследствии плазмида остается в клетке и может вызвать дополнительные, незапланированные генетические изменения.

Генные ножницы исчезают бесследно

Метод, используемый Цюрихской командой, работает иначе. Исследователи собирают запрограммированные генные ножницы вне клетки и затем имплантируют их непосредственно в паразитов. После того, как генетический материал был обработан, компоненты очень быстро разрушаются, и остается только желаемая правка.

"Наш подход не просто быстрее, дешевле и эффективнее, чем обычные методы. Это также позволяет изменять геномную последовательность, не оставляя следов в клетке", - объясняет Хель. "Это означает, что теперь мы можем производить экспериментальные живые вакцины без плазмид или создания генов устойчивости."

Законодательство в области генной инженерии отстает

Учитывая эти результаты, Хель ставит под сомнение планы федерального правительства сделать редактирование генома CRISPR-Cas9 предметом действующего закона о генной инженерии (и моратория, который был продлен до 2025 года): "наш метод является хорошим примером того, как эта новая технология отличается от традиционных подходов к генной инженерии", - говорит Хас, потому что теперь можно инактивировать ген, не оставляя нежелательных следов в генетическом материале способом, неотличимым от естественных мутаций. В отличие от многих других спорных применений генной инженерии, эта процедура не влияет на производство пищи и, таким образом, не представляет собой прямого вмешательства в пищевую цепочку.

ИСТОЧНИК