Революция в создании генетически измененных мышей для моделирования заболеваний человека

Источник: sciencedaily.com

Профессор Института Уайтхед (США) Рудольф Джаенич еще в 1974 году создал первых трансгенных мышей, и эта работа серьезно повлияла на развитие генетических исследований. Теперь профессор и его коллеги Хаой Ван, Хуэй Ян и Чикду Шивалила представили новую революционную технологию производства генетически модифицированных животных. Как отмечает профессор Джаенич, преимущество нового метода в том, что он позволяет создать мышь с пятью мутациями всего за три-четыре недели, тогда как при обычной технологии на это уйдет три-четыре года. Кроме того, методика достаточно проста и не требует значительных затрат. Ученые создают мышиные модели путем изменения определенных генов, связанных с конкретным заболеванием. Модели позволяют изучить различные аспекты развития болезни и испробовать некоторые химические и генетические способы воздействия на нее.

Последние 20 лет технология создания таких моделей оставалось практически неизменной. Исследователи вставляли нужный кусок ДНК в эмбриональные стволовые клетки (ЭС) мыши. Затем модифицированные клетки вводились в эмбрион, находящийся на ранней стадии развития (бластоциста). Наконец, полученный эмбрион имплантировался самке мыши. На производство мышиной линии с одной «выключенной» копией гена может уйти годы и десятки тысяч долларов. Такие линии могут быть получены только для немногих видов (в том числе мышей и крыс), для которых существуют надежные технологии выращивания и модификации ЭС клеток. Новый подход, разработанный учеными в лаборатории Джаенича, действует в обход ЭС клеток и позволяет эффективно производить мышей с мутациями в обеих копиях нескольких генов.

Техника основана на системе CRISPR/Cas, которую некоторые бактерии используют для отражения вирусных атак. Название CRISPR расшифровывается как clustered regularly interspaced short palindromic repeat кластерный регулярный повтор коротких палиндромных промежутков (clustered regularly interspaced short palindromic repeat). Аббревиатура Cas означает CRISPR – связанный (CRISPR-associated). Система представляет собой локусы, содержащие несколько коротких прямых повторов, CRISPR находится в геномах 40% секвенированных ДНК бактерий и 90% секвенированных ДНК архей. CRISPR выполняет функции прокариотической иммунной системы и придает устойчивость к экзогенным генетическим элементам (плазмидам и фагам).

Короткие сегменты чужеродной ДНК, так называемые «прокладки», включаются в геном между повторами CRISPR и служат «приобретенной памятью» иммунитета. Эти «прокладки» затем используются, чтобы распознать и выключить экзогенных генетических элементов (по аналогии с РНК-интерференцей эукариотических организмов). Впервые система CRISPR/Cas была использована учеными для изменения множества генов в одном многоклеточном организме. Исследователям удалось получить линию мышей с двумя «выключенными» генами в четырех локусах, с очень высокой эффективностью (80%). Другая современная технология генной инженерии — TALENS, сложная и дорогая, обеспечивает всего 30% эффективности в отношении всего одного гена. По словам аспиранта Шивалила, новый процесс является настолько доступным, что многие лаборатории смогут быстро его освоить.

А так как CRISPR/Cas позволяет производить мутантные организмы без использования ЭС клеток, ограничения обычного способа изготовления моделей снимается. Теперь для создания моделей достаточно установленных процедур манипуляции с эмбрионами, а стволовые клетки не нужны. Команда использовала технологию для создания мышиных моделей, но ученые предполагают, что разработка может быть расширена за счет использования других животных. Доктор Хуэй Ян отмечает, что необходимо провести дополнительные исследования, для выявления нежелательных побочных эффектов, к которым может привести использование системы CRISPR/Cas. Но в целом, этот путь производства трансгенных животных может быть очень перспективным.