Размер:
A A A
Цвет: C C C
Изображения Вкл. Выкл.
Обычная версия сайта

Федеральный исследовательский центр 
«Красноярский научный центр
Сибирского отделения Российской академии наук»

Красноярские ученые о Нобелевской премии 2020: химия

8 октября 2020 г. Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН

Красноярские ученые о Нобелевской премии 2020: химия

Нобелевская премия по химии вручается ежегодно с 1901 года (за исключением восьми перерывов). К 2020 году ее получили 185 лауреатов, семеро из которых – женщины. Какое открытие удостоено Нобелевской премии по химии в этом году комментирует Наталья Орешкова, кандидат биологических наук, заведующая лабораторией геномных исследований и биотехнологии ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН».





За что дали Нобелевскую премию по химии?

Орешкова Н В.jpgНобелевская премия по химии за 2020 год присуждена французской ученой Эммануэль Шарпантье и американке Дженифер Дудна, которые совместно разработали метод “молекулярных ножниц” — метод редактирования генома, с использованием системы CRISPR-Cas9. Этот метод позволяет вносить точечные изменения в молекулу ДНК в которой зашифрована наследственная генетическая информация любого организма.

Открытие “молекулярных ножниц” было неожиданным. Во время исследований стрептококка пиогенного (Streptococcus pyogenes), одной из бактерий, наносящих наибольший вред человечеству, Эммануэль Шарпантье обнаружила ранее неизвестную молекулу. Работа ученой показала, что эта молекула является частью древней иммунной системы бактерий (CRISPR/Cas), которая обезоруживает вирусы, расщепляя их ДНК. Шарпантье опубликовала свое открытие в 2011 году. В том же году она начала сотрудничество с Дженнифер Дудна, опытным биохимиком с обширными знаниями в области РНК молекул. Вместе им удалось воссоздать “молекулярные ножницы” бактерий в пробирке и упростить молекулярные компоненты “ножниц”, чтобы их было проще использовать.

В своей естественной форме “ножницы” распознают ДНК вирусов, но Шарпантье и Дудна доказали, что ими можно управлять, так что они могут разрезать любую молекулу ДНК в заранее определенном месте. Система CRISPR-Cas9 вызвала большой интерес в научном сообществе, поскольку она быстрее, дешевле, точнее и эффективнее других существующих методов редактирования генома.

Как работает этот метод?

CRISPR-Cas9 была адаптирована из естественной системы редактирования генома бактерий. Бактерии захватывают фрагменты ДНК вторгшихся вирусов и используют их для создания сегментов ДНК, палиндромных повторов, известных как CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats). CRISPR позволяют бактериям «запоминать» вирусы (или близкие к ним последовательности). Если вирусы атакуют снова, бактерии используют сегменты CRISPR, чтобы нацеливаться на ДНК вирусов. Затем бактерии используют специальный фермент, чтобы разрезать ДНК, что выводит вирус из строя.

Система CRISPR-Cas9 работает аналогично и в лаборатории. Исследователи создают небольшую молекулу (фрагмент РНК), которая может связываться с определенным местом в геноме. Эта молекула работает в паре с ферментом Cas9. Как и в случае с бактериями, модифицированная РНК используется для распознавания последовательности ДНК, а фермент Cas9 разрезает ДНК в заданном месте. Хотя Cas9 задействуется наиболее часто, можно также использовать другие ферменты. После того, как ДНК разрезана, исследователи используют собственный механизм восстановления ДНК клетки, чтобы добавить или удалить части генетического материала или внести изменения в ДНК, заменив существующий сегмент интересующей последовательностью.

Каково значение этого открытия? 

С тех пор, как Шарпантье и Дудна в 2012 году открыли “молекулярные ножницы”, их использование в молекулярно-биологических работах стало очень популярным. Этот инструмент способствовал многим важным открытиям в области фундаментальных исследований. При помощи этого метода исследователи повышают урожайность или устойчивость к болезням и гербицидам сельскохозяйственных культур. В селекции растений исследователи могут придавать растениям специфические характеристики, к примеру, способность выдерживать засуху в жарком климате, устойчивость к вредителям. Так, например, посредством редактирования генов был создан сорт пшеницы, устойчивый к мучнистой росе.

Редактирование генома представляет большой интерес для профилактики и лечения заболеваний человека. В медицине CRISPR/Cas9 вносит свой вклад в новые иммунотерапевтические методы лечения рака и исследования, направленные на лечение наследственных заболеваний. Еще одно применение CRISPR/Cas9, которое, вероятно, будет расширяться в дальнейшем, - это использование трансгенных растений или растительных клеток в качестве фабрики, производящих определенные вещества. Большинство сортов растений, созданных с помощью редактирования генома, все еще находятся на экспериментальной стадии. На данный момент более 100 сортов растений, созданных с помощью технологий редактирования генома, были признаны не регулируемыми Министерством сельского хозяйства США.

Исследователи уже использовали его для лечения генетических заболеваний животных и борьбы с вирусами. Они также использовали его при подготовке органов свиньи для трансплантации человеку. На сегодняшний день проводятся клинические испытания, чтобы выяснить, можно ли использовать CRISPR/Cas9 для лечения заболеваний крови, таких как серповидноклеточная анемия и бета-талассемия, а также наследственных заболеваний глаз. 

Однако, наряду со всеми преимуществами “молекулярных ножниц”, существует ряд этических вопросов в их использовании. Например, эту систему можно применять для создания генетически модифицированных эмбрионов. Существуют законы и постановления, контролирующие применение генной инженерии в медицине, которые включают запреты на изменение генома человека таким образом, чтобы эти изменения передавались по наследству. Кроме того, эксперименты с участием людей и животных должны быть одобрены этическими комитетами до их проведения. Всемирная организация здравоохранения учредила глобальную междисциплинарную группу экспертов для изучения научных, этических, социальных и юридических проблем, связанных с редактированием генома человека, с целью разработки глобальной структуры управления редактированием генома человека.

Одно можно сказать наверняка: “молекулярные ножницы” влияют на всех нас. Ученые постоянно сталкиваются с новыми этическими проблемами, но этот новый инструмент вполне может способствовать решению многих проблем, которые сейчас актуальны для человечества. Благодаря своему открытию Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна разработали метод, который вывел науки о жизни в новую эпоху и поможет сделать в будущем новые и неожиданные открытия.





Поделиться:



Наверх