Ученые разработали новую систему редактирования генов, способную встраивать целые гены в ДНК человека. Инновационная технология, получившая название evoCAST, представляет собой значительный прорыв в генной инженерии и открывает новые возможности для лечения генетических заболеваний, вызванных различными мутациями.
В отличие от традиционной технологии CRISPR, которая работает как «молекулярные ножницы», вырезая и исправляя конкретные мутации, evoCAST использует принципиально иной подход. Система основана на CRISPR-ассоциированных транспозазах (CASTs), обнаруженных в 2017 году. Эти ферменты не разрезают ДНК, а перемещают большие участки генетического материала из одного места в другое, что позволяет вводить полноценную рабочую копию гена вместо исправления отдельных мутаций.
Исходные транспозазы, выделенные из бактерий Pseudoalteromonas, показали крайне низкую эффективность в человеческих клетках — всего 0,1%. Для решения этой проблемы ученые применили метод направленной эволюции PACE, который позволил значительно ускорить эволюционный процесс. За более чем 200 часов, что эквивалентно сотням поколений эволюции, исследователям удалось создать модифицированную версию фермента с 10 ключевыми мутациями, адаптированными для работы в клетках человека. Эффективность новой системы evoCAST оказалась в 200 раз выше исходной.
«Традиционными лабораторными методами этот процесс занял бы годы», — отмечают исследователи, подчеркивая значимость примененного подхода к ускоренной эволюции ферментов.
На данный момент технология evoCAST протестирована только в лабораторных условиях на человеческих клетках. Результаты показывают, что система работает примерно в 12-15% обработанных клеток, хотя эффективность варьируется в зависимости от типа клеток. Исследователи уже провели успешные испытания на генах, связанных с анемией Фанкони, синдромом Ретта и фенилкетонурией.
Одно из главных преимуществ evoCAST заключается в универсальности подхода к лечению генетических заболеваний. Например, муковисцидоз может быть вызван более чем 2000 различными мутациями. Вместо разработки отдельных методов лечения для каждой мутации, evoCAST позволяет ввести полноценную копию гена, что потенциально упрощает процесс регуляторного одобрения и делает лечение более доступным.
Исаак Витте, докторант Гарвардского университета и соавтор исследования, и Сэмюэл Стернберг, доцент Колумбийского университета, возглавили команду, разработавшую эту технологию. Результаты их работы были опубликованы 15 мая в журнале Science.
Помимо лечения генетических заболеваний, evoCAST имеет потенциал применения в CAR T-клеточной терапии для лечения рака и в производстве
В отличие от традиционной технологии CRISPR, которая работает как «молекулярные ножницы», вырезая и исправляя конкретные мутации, evoCAST использует принципиально иной подход. Система основана на CRISPR-ассоциированных транспозазах (CASTs), обнаруженных в 2017 году. Эти ферменты не разрезают ДНК, а перемещают большие участки генетического материала из одного места в другое, что позволяет вводить полноценную рабочую копию гена вместо исправления отдельных мутаций.
Исходные транспозазы, выделенные из бактерий Pseudoalteromonas, показали крайне низкую эффективность в человеческих клетках — всего 0,1%. Для решения этой проблемы ученые применили метод направленной эволюции PACE, который позволил значительно ускорить эволюционный процесс. За более чем 200 часов, что эквивалентно сотням поколений эволюции, исследователям удалось создать модифицированную версию фермента с 10 ключевыми мутациями, адаптированными для работы в клетках человека. Эффективность новой системы evoCAST оказалась в 200 раз выше исходной.
«Традиционными лабораторными методами этот процесс занял бы годы», — отмечают исследователи, подчеркивая значимость примененного подхода к ускоренной эволюции ферментов.
На данный момент технология evoCAST протестирована только в лабораторных условиях на человеческих клетках. Результаты показывают, что система работает примерно в 12-15% обработанных клеток, хотя эффективность варьируется в зависимости от типа клеток. Исследователи уже провели успешные испытания на генах, связанных с анемией Фанкони, синдромом Ретта и фенилкетонурией.
Одно из главных преимуществ evoCAST заключается в универсальности подхода к лечению генетических заболеваний. Например, муковисцидоз может быть вызван более чем 2000 различными мутациями. Вместо разработки отдельных методов лечения для каждой мутации, evoCAST позволяет ввести полноценную копию гена, что потенциально упрощает процесс регуляторного одобрения и делает лечение более доступным.
Исаак Витте, докторант Гарвардского университета и соавтор исследования, и Сэмюэл Стернберг, доцент Колумбийского университета, возглавили команду, разработавшую эту технологию. Результаты их работы были опубликованы 15 мая в журнале Science.
Помимо лечения генетических заболеваний, evoCAST имеет потенциал применения в CAR T-клеточной терапии для лечения рака и в производстве