Американские генетики впервые использовали геномный редактор CRISPR/Cas9 для того, чтобы отключить критически важный ген в человеческом зародыше и изучить его роль в развитии эмбриона в первые семь дней его существования. Результаты их опытов были опубликованы в журнале Nature.
«Насколько я знаю, это первый эксперимент, в рамках которого мы смогли успешно отключить один из генов, отвечающих за развитие зародыша, и понять, какую роль он играет в этом процессе. Мы раскрыли несколько неожиданных эффектов, не возникающих при отключении Oct4 в зародышах мышей, и в будущем мы попытаемся понять, почему это так», — заявил Джеймс Тёрнер (James Turner) из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне (Великобритания).
Первые шаги жизни
Два года назад в научных кругах начали ползти слухи о том, что ряд китайских ученых и их американских коллег уже провел ряд опытов по редактированию и замене генов в дефектных человеческих эмбрионах, о чем редакции новостной службы Nature рассказал ряд неназванных молекулярных биологов.
В апреле 2015 года эти слухи подтвердились – китайские ученые опубликовали статью в журнале Protein & Cell, в которой они описали результаты в целом довольно неудачных попыток адаптировать стремительно набирающую популярность систему редактирования генома CRISPR/Cas9 для манипуляций человеческой ДНК.
В этом году американские ученые под руководством Шукрата Миталипова заявили о первом успешном редактировании генома эмбрионов при помощи CRISPR/Cas9. Эта генетическая «операция» позволила им заменить дефектный ген, вызывавший гипертрофию сердца, на его корректную версию, и в теории защитить будущих детей от внезапной смерти.
Тернер и его коллеги совершили следующий логический шаг в этой линии опытов, приспособив CRISPR/Cas9 для изучения того, какую роль играют отдельные гены в развитии человеческого зародыша, научившись отключать их еще до того, как оплодотворенная яйцеклетка начнет делиться.
В качестве первой цели ученые избрали ген Oct4 – один из четырех «магических» участков ДНК, открытых нобелевским лауреатом Синъей Яманакой в 2006 году, принудительное включение которых трансформирует взрослые клетки в аналоги стволовых клеток эмбриона.
Как пояснили Тернер и его коллеги, этот ген, как сегодня считают ученые, играет критическую роль в развитии эмбриона в первые семь дней его существования, когда яйцеклетка делится несколько раз и превращается в так называемый бластоцист, первичный шарик зародыша, из оболочки которого формируется плацента, а из внутренней части – сам ребенок.
«Большая часть оплодотворенных яйцеклеток, как показали первые опыты по искусственному оплодотворению, прекращает свое развитие и погибает именно на этой стадии, лишь 50% из них выживает. Нас давно интересовало то, какие гены управляют этим процессом, и, благодаря CRISPR/Cas9, у нас теперь появилась возможность найти ответ на этот вопрос», — добавила Кэйти Ниакан (Kathy Niakan), коллега Тёрнера.
Вопросы долга и этики
Высокая вероятность гибели зародыша, по словам ученых, вынуждает сегодня врачей и пациентов репродуктивных клиник использовать не одну, а несколько десятков яйцеклеток при их искусственном оплодотворении. Очень часто это приводит к тому, что часть яйцеклеток остается «лишними», что позволяет ученым использовать их в экспериментах.
Получив четыре десятка подобных клеток, ученые попытались отключить ген Oct4 в них, используя одну из последних версий CRISPR/Cas9, которую Ниакан, Тернер и их коллеги адаптировали для работы внутри зародыша.
«Мы уделили огромное внимание проверке того, чтобы редактирование генома при помощи CRISPR не внесло лишних изменений в структуру ДНК зародыша, и не «отключило» другие гены, помимо Oct4. Мы в буквальном смысле потратили несколько месяцев на поиски подобных ошибок и не нашли их, но, конечно, в будущем, мы планируем провести дополнительные проверки подобного рода», — пояснила Ниакан.
Как показал этот эксперимент, Oct4 действительно играет критически важную роль в развитии зародыша. Его отключение привело к тому, что число яйцеклеток, достигших стадии бластоциста, снизилось более чем в 2,5 раза, причем большая часть выживших зародышей смогла «дотянуть» до этой фазы по той причине, что геномный редактор удалил только одну, а не обе копии Oct4.
Кроме того, эти опыты, по ее словам, привели и к нескольким неожиданным результатам, которые биологи не фиксировали при проведении аналогичных экспериментов на яйцеклетках мышей. К примеру, Ниакан, Тернер и их коллеги обнаружили, что Oct4 управляет ростом не только самих стволовых клеток зародыша, но и «заготовок» будущей плаценты, что никогда не происходит в эмбрионах грызунов.
По словам Тернера, эту же методику можно использовать и для изучения работы других генов, и поиска других ошибок в их работе, которые могут приводить к смерти зародыша, или к появлению проблем в работе эмбриональных или перепрограммированных стволовых клеток. Все это поможет ученым найти новые методики лечения диабета и других болезней, при развитии которых часть клеток тела гибнет.
«Почему наши доноры согласились пожертвовать свои яйцеклетки? Они хорошо понимают, какие плюсы они несут, что без подобных экспериментов сама процедура искусственного оплодотворения была бы невозможной. Соглашаясь на такие жертвы, они надеются, что эти опыты помогут решить и другие проблемы, связанные с рождением детей», — заключает Ниакан.
