Используя модифицированный вариант технологии «генного редактирования» CRISPR, группа исследователей из Гарвардского университета успешно внесла 13 200 изменений в генетический код единственной живой клетки. Это стало новым рекордом в этой области, намного превосходящим по количеству изменений предыдущий подобный рекорд, но самым невероятным стало то, что клетке удалось выжить после всех модификаций. Такую технологию можно будет использовать в будущем для «чистки» человеческой ДНК от бесполезной или опасной генетической информации. Кроме этого, новую технологию можно использовать для создания полностью новых видов синтетической жизни.

Отметим, что предыдущий рекорд количества генных изменений в одной клетке был установлен этой же группой ученых в 2017 году. Группа, возглавляемая Джорджем Гранчем (George Church), удалила из генома клетки свиньи 62 копии генома ретровируса. Таким образом, новый рекорд превосходит старый по количеству изменений на целых три порядка.

Целью данной работы является создание «чистого генома», который сделает неуязвимыми к вирусам любого типа ткани искусственно выращиваемых человеческих органов. Этот процесс, называемый «перекодированием генома», вовлекает минимум 9 811 точных изменений. Первым видом клеток, которые прошли через процесс перекодирования генома в лабораторных условиях, стали универсальные стволовые клетки.

Исследователи сконцентрировали свое внимание на удалении и выводе из строя проблематичного типа участка генетического кода, транспозона, известного под названием LINE-1. Такие транспозоны известны под названием «прыгающих генов» из-за того, что они способны «перепрыгивать» из одного местоположения в другое. Такие танспозоны достаточно распространены в геноме млекопитающих, в том числе и в геноме человека, чуть меньше половины всего генома приходится на транспозоны, функциональная полезность которых все еще является причиной споров между учеными.

На долю транспозона LINE-1 приходится порядка 17 процентов от всего человеческого генома, с ним связано множество проблем, включая генную деградацию, неврологические болезни и старение. В коде транспозона LINE-1 за все время накопилось множество мутаций и он, этот код, уже не содержит ничего полезного для человека.

Для чистки генома ученые пытались сначала использовать обычную технологию CRISPR для поиска и разрушения последовательностей транспозона LINE-1. Однако, такой подход хорошо работал, когда в геноме было несколько целевых участков, но после работы технологии CRISPR над сотнями и тысячами участков геном превратился в сплошную бесполезную «кашу», что привело к гибели клеток, проходивших через процедуру.

После неудачи с традиционной технологией CRISPR, ученые решили использовать ее видоизмененный вариант. Вместо «разрезания» ДНК новый вариант просто изменяет код, заменяя, к примеру, G на A. Такая замена не вызывает катастрофических эффектов и позволяет провести редактирование тысяч участков в одной цепочке ДНК, сохраняя клетку полностью в жизнеспособном состоянии.

Произведенные 13 200 изменений являются почти половиной от 26 000 активных транспозонов LINE-1 в геноме клетки человека. «Мы надеемся, что в ближайшем будущем нам удастся ликвидировать все 100 процентов активных элементов транспозонов LINE» — пишут исследователи, — «Однако, перед этим нам надо будет провести ряд всесторонних исследований, чтобы оценить последствия такого массированного вмешательства в геном. Такое количество изменений может стать причиной побочных мутаций, которые станут большой проблемой. Для этого нам потребуются новые биологические средства управления, новые экспериментальные методы и новые программные алгоритмы из так называемой области биоинформатики».