Никогда раньше ученым не удавалось одновременно вносить множество генетических изменений в геном организма. Но теперь, в эпохальном исследовании Джорджа Черча и его команды из Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете и Гарвардской медицинской школы, система редактирования генов, известная как CRISPR-Cas9, была использована для генетической инженерии ДНК свиней в 62 местах – взрывной скачок в возможностях CRISPR по сравнению с предыдущим рекордом – всего шесть одновременных правок.
62 изменения были внесены командой, чтобы инактивировать нативные ретровирусы, обнаруженные в геноме свиньи, которые до сих пор препятствовали тому, чтобы органы свиньи были пригодны для трансплантации пациентам-людям. Однако, когда ретровирусы были безопасно удалены с помощью генной инженерии, теперь открыта возможность того, что однажды люди смогут получить жизненно важные трансплантаты органов от свиней.
Черч – профессор генетики Роберта Уинтропа в Гарвардской медицинской школе и один из основных преподавателей Висс. Прогресс, о котором сообщил Черч и его команда, в том числе ведущий автор исследования, Лухан Янг, научный сотрудник HMS и Wyss, был опубликован в выпуске журнала Science от 11 октября.
В концепции ксенотрансплантации, которая представляет собой пересадку органа от одного вида к другому, нет ничего нового. Исследователи и клиницисты давно надеялись, что одна из основных проблем, с которыми сталкиваются пациенты, страдающие от органной недостаточности, – отсутствие доступных органов в Соединенных Штатах и во всем мире – может быть решена за счет наличия подходящих органов животных для трансплантации. В частности, свиньи были особенно многообещающими кандидатами из-за их схожего размера и физиологии с людьми. Фактически, сердечные клапаны свиней уже обычно стерилизуются и децеллюляризуются для использования при ремонте или замене сердечных клапанов человека.
Но трансплантация целых функциональных органов, состоящих из живых клеток и тканей, поставила перед учеными уникальный набор проблем. Одна из основных проблем заключалась в том, что большинство млекопитающих, включая свиней, содержат повторяющиеся латентные фрагменты ретровируса в своих геномах, присутствующие во всех их живых клетках, которые безвредны для их естественных хозяев, но могут вызывать заболевания у других видов.
"Присутствие этого типа вируса, обнаруженного у свиней, известного как свиные эндогенные ретровирусы или PERV, остановило к началу 2000-х годов инвестиции фармацевтической промышленности в разработку методов ксенотрансплантации на сумму более миллиарда долларов," сказала церковь. "PERV и отсутствие возможности удалить их из ДНК свиньи были настоящим препятствием на пути к многообещающей ксенотрансплантации."
Теперь, используя CRISPR – Cas9 как пару молекулярных ножниц, Черч и его команда инактивировали все 62 повторяющихся гена, содержащих PERV, в ДНК свиньи, преодолев серьезное препятствие на пути к внедрению ксенотрансплантации в клинику. Поскольку в настоящее время в США более 120000 пациентов ожидают трансплантации, а в среднем ежегодно проводится менее 30 000 трансплантаций, ксенотрансплантация может дать пациентам и врачам альтернативу в будущем.
"Свиные почки у павианов экспериментально могут функционировать в течение нескольких месяцев, но опасения по поводу потенциальных рисков, связанных с PERV, уже много лет создают проблему для ксенотрансплантации," сказал Дэвид Х. Сакс, директор лабораторий TBRC в Массачусетской больнице общего профиля, больница Пола С. Рассел, почетный профессор хирургии в HMS и профессор хирургических наук в Центре трансляционной иммунологии Колумбийского университета. Сакс разводил специальных свиней для ксенотрансплантации более 30 лет и в настоящее время сотрудничает с Черчем над дальнейшими генетическими модификациями своих свиней. "Если Черч и его команда смогут производить свиней из генно-инженерных эмбрионов, лишенных PERV, с помощью CRISPR-Cas9, они устранят важную потенциальную проблему безопасности, с которой сталкивается эта область."
Ян говорит, что команда надеется, что в конечном итоге они смогут полностью исключить риск того, что PERV могут вызвать заболевание при клинической ксенотрансплантации, используя модифицированные клетки свиней для клонирования линии свиней, у которых были бы инактивированы гены PERV.
Замечательная и недавно продемонстрированная способность CRISPR редактировать десятки повторяющихся генов, таких как PERV, также откроет для ученых новые способы изучения и понимания повторяющихся областей в геноме, где, по оценкам, находится более двух третей нашего собственного генома человека.