Кто починит ДНК — перевернет мир
Генетики уже несколько лет умеют редактировать поломки в ДНК. Именно поломки служат причиной всех заболеваний и даже процесса старения организма. Методы генной инженерии, успешно внедренные в практику, внушили мировому научному сообществу огромный оптимизм. За технологию редактирования генома в 2020 году была присвоена Нобелевская премия. Что сегодня говорят об этой уникальной технологии будущего ведущие ученые в этой области?
В любой живой клетке есть ДНК с одинаковым кодом для одного организма. Клетки в организме меняются, а ДНК постоянно копируется, и последовательность букв в геноме должна оставаться неизменной, чтобы вся живая система, например человек, продолжала существовать. Но копирование последовательностей 3 млрд букв примерно в 10 трлн клеток человеческого организма не может происходить без ошибок.
В клетках работают системы, состоящие из белков, которые исправляют ошибки и повреждения в ДНК, сохраняя, таким образом, стабильность генома. В каждой клетке нашего организма всего за одни сутки механизмы репарации ДНК успешно исправляют до миллиона повреждений ДНК. Но, к сожалению, достаточно лишь одной неисправленной ошибки, которая пойдет «в тираж», чтобы положить начало серьезному заболеванию. Вот почему ключевая тема биомедицины во всем мире — это механизмы репарации ДНК и их регуляция, повышающие точность и эффективность их работы.
Репарация клеточной ДНК в организме происходит постоянно. Но что можно сделать, если что-то вдруг пошло не по сценарию? Этим вопросом генетики разных стран задаются не одно десятилетие. Найти и поправить опечатки в геноме оказалось не так просто
Мечта о голом землекопе ДНК может повреждаться под воздействием радиации или УФ-облучения, а также под влиянием других оксидативных (окислительных) стрессов, например химических препаратов, инфекций, плохой экологии и других мутагенных факторов окружающей среды. В обмене веществ человека образуются свободные химически активные радикалы, которые также влияют на структуру ДНК. При этом образуются либо одинарные, либо двойные разрывы цепочки ДНК.
Но в любой живой клетке есть свои очень эффективные системы — белки и ферменты — для репарации (починки) ДНК, которые обнаруживают разрывы и сшивают концы ДНК. Когда ДНК повреждена, клеточный цикл останавливается и запускается система репарации. И в этот момент очень важно, чтобы при соединении концов не произошел сбой и в разрыв не было ошибочно вставлено нечто, отличающееся от правильной последовательности данного участка цепи.
Неправильная работа ДНК-полимераз считается наиболее частой причиной мутаций по сравнению с другими факторами. Если ошибку исправить не удается, включается программа уничтожения бракованной ДНК, чтобы она не могла копироваться и создавать испорченные копии, наличие которых может привести к онкологическим заболеваниям. Сейчас во всем мире очень активно изучается, какие именно ферменты и белковые факторы и узнают, и с большей активностью и эффективностью чинят какие-то типы разрывов цепи ДНК.
В Институте химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН в лаборатории биоорганической химии ферментов под руководством доктора биологических наук, заведующей лабораторией академика РАН Ольги Лаврик провели сравнение эффективности работы систем репарации в клетках голого землекопа и обычной мыши, и было установлено, что процессы репарации ДНК происходят эффективно у голого землекопа. Его продолжительность жизни составляет около 30 лет, а у его родственника обычной мыши — три года. Кроме того, ученые обнаружили, что голые землекопы практически не болеют онкозаболеваниями. Единственная причина их долголетия и здоровья — в отличной способности эффективно репарировать поврежденную ДНК. Если бы человек мог достигнуть таких способностей репарации, как у голого землекопа, он мог бы жить около восьмисот лет, подсчитали ученые.
Репарация клеточной ДНК в организме происходит постоянно. Но что можно сделать, если что-то вдруг пошло не по сценарию? Этим вопросом генетики разных стран задаются не одно десятилетие. Найти и поправить опечатки в геноме оказалось не так просто. Науке ХХI века до сих пор не хватает для этого нужных знаний механизмов. Методы генной инженерии запрещены в качестве терапии. Обнадеживающая технология направленного редактирования генома была заимствована у бактерий. Они использовали этот механизм для борьбы с вирусами.