ИИ-революция в генной инженерии: OpenCRISPR-1 открывает новую эру в редактировании ДНК. Члены Европарламента (ЕП) от Польши Анна Фотыга и Косма Злотовский заподозрили КНР в планах злоупотреблять результатами исследований в сфере генетики с целью редактировать геном китайских солдат, а также модифицировать вирусы. Об итогах и будущем экспериментов, имеющих отношение к редактированию генома высших организмов, дискутируют в Новосибирске специалисты из 11 государств. Осужденный за редактирование генома китайский генетик Хэ Цзянькуй заявил, что первые в мире ГМО-дети живут «нормальной, безмятежной жизнью».
Ученые из Новосибирска нашли способ выключать систему редактирования генома в нужный момент
Чтобы получить Cas9-подобные белки для экспериментальной характеризации, исследователи применили ограниченную стратегию генерирования с использованием либо N-концевых, либо C-концевых последовательностей природного SpCas9, чтобы обеспечить аналогичную с ним совместимость с PAM и гРНК. Для функционального анализа выбрали 209 сгенерированных Cas9-подобных белков. Часть Cas9-подобных белков продемонстрировала эффективность, сопоставимую с или превосходящую SpCas9. После этого аналогичный опыт провели с использованием 48 полностью включая N-концевые и C-концевые последовательности сгенерированных Cas9-подобных белков, и многие из них показали высокую эффективность и специфичность. Наилучший из них — PF-CAS-182 — по он-таргетной эффективности был сопоставим с SpCas9, обладая при этом гораздо большей специфичностью уровень офф-таргетного редактирования ниже на 95 процентов. Его последовательность совпадала с SpCas9 на 71,7 процента.
Подобные опыты на органоидах человеческого головного мозга проводятся учеными, в течение нескольких лет исследующими ген, мутации в котором связаны с вероятностью появления разных форм задержки умственного развития. Интерес к органоидам проявили исследователи, которые изучают онколитические вирусы, уничтожающие клетки глиомы.
Они утверждают, что осуществлять подобные опыты на органоидах гораздо легче, нежели на животных.
Чаттерджи отметил в пресс-релизе, что SpRYc позволяет нацеливаться практически на весь геном с большей точностью. Хотя SpRYc медленнее, чем его предшественники, разрезает целевые последовательности ДНК, в испытаниях он показал себя лучше традиционных ферментов в модификации конкретных участков ДНК. Благодаря способности воздействовать на участки генома человека, ранее недоступные для редактирования генома, SpRYc открывает многообещающие терапевтические перспективы для таких сложных и трудноизлечимых заболеваний, как синдром Ретта и болезнь Хантингтона. Эти заболевания, характеризующиеся специфическими генетическими мутациями, могут получить индивидуальное лечение благодаря целенаправленному применению SpRYc.
Такой подход может не только исправить мутации, вызывающие эти заболевания, но и потенциально обратить вспять некоторые из их разрушительных последствий, давая новую надежду пациентам и их семьям. Помимо непосредственного применения, расширение возможностей CRISPR открывает путь к революции в области геномной медицины.
Одну из них успешно испытали на человеческих клетках и выложили в открытый доступ, говорится в пресс-релизе компании Profluent. Создание систем редактирования генома на основе микробных CRISPR-связанных ферментов, таких как SpCas9 , открыло новые перспективы в молекулярной биологии, медицине, сельском хозяйстве и биотехнологиях. Тем не менее природные бактериальные системы, оказываясь в неестественных для них условиях эукариотических клеток, обладают значимыми функциональными недостатками — в первую очередь недостаточной эффективностью редактирования, действием вне заданной мишени и невысокой стабильностью.
Это заставляет искать новые варианты системы CRISPR-Cas в микроорганизмах или оптимизировать имеющиеся для практического применения, а это долгий и трудозатратный процесс. Чтобы упростить его, Али Мадани Ali Madani с коллегами из компании Profluent задействовали большую языковую модель LLM ProGen2, созданную ими ранее для нейросетевого дизайна белковых молекул. Для этого они провели систематический сбор данных среди 26,2 триллиона пар оснований собранных микробных геномов и метагеномов из разных родов и биомов.
Ученые из Подольска сделали прорыв в редактировании генома
Третий Международный саммит по редактированию генома завершился в понедельник, когда специалисты по этике предупредили ученых о необходимости замедлить усилия по использованию редактирования генов для улучшения здоровья эмбрионов. Когда несколько лет назад появился мгновенно ставший популярным инструмент генетического редактирования генома CRISPR/Cas, казалось, что человечество сможет наконец справиться с наследственными болезнями. Затем было проведено редактирование генома, которое обеспечило экспрессию исправленного гена на уровне 30%.
Генетики открыли способ безопасного редактирования ДНК
Герои проекта — это яркие, уникальные, креативные и неоднозначные люди. Оксана Таранюк узнает у них всё, о чем вы стеснялись спросить, но всегда хотели. Андрей Будневский — профессор и изобретатель.
Это не только предлагает возможности для улучшения фабрик по производству микробных клеток, но и подтверждает эффективность нашего набора инструментов для ученых и промышленности, работающих в области геномной инженерии», — говорит один из авторов исследования Шарлотта Каутрилс.
В связи с повышением устойчивости вызывающих заболевания микроорганизмов к действию антибиотиков в последние годы все активнее как возможная альтернатива антибиотикам изучаются бактериофаги. В новом исследовании группа ученых из Сколтеха во главе с руководителем Лаборатории анализа метагеномов Артемом Исаевым обратила внимание на бактериофаг BF23.
Несмотря на то что его выделили еще в 1949 году, геномная последовательность фага до сих пор оставалась неизвестной.
Химики и молекулярные биологи предложили модифицировать эту систему, чтобы избежать ошибок при геномном редактировании. Это позволило сделать метод еще более направленным на конкретную мишень», — рассказала Новопашина. Она добавила, что эффективность модификаций уже подтверждена инвитро. В дальнейшем ученые планируют разработать такие модификации направляющей РНК, которые позволят включать и выключать систему геномного редактирования при помощи определенных стимулов, например путем облучения светом определенной длины волны или в присутствии определенных молекул.
В России модифицировали систему геномного редактирования
В нем примут участие более 250 ученых из 11 стран. Это сообщили РИА новости со ссылкой на организаторов форума. Как отметил председатель оргкомитета конгресса, профессор Сурен Закиян, за последние 20—30 лет в области молекулярной и клеточной биологии произошли по-настоящему революционные перемены.
Он не только может редактировать гены, но также может разрезать длинный «список адресов РНК» на отдельные «адресные метки» одновременно. Метод предполагает огромный потенциал для биомедицинских исследований и биотехнологий. Он позволяет впервые систематически изменять целые генные сети за один шаг и прокладывает путь для сложного программирования клетки.
Яркий пример таких веществ — так называемые эндонуклеазы, ферменты, часть которых была открыта в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино. Благодаря этому вероятность мутаций в результате неправильного соединения обрезков генома становится близкой к нулю. Российским ученым удалось сделать эти ферменты еще более удобными для использования в опытах и медицинской практике.
Уже довольно давно известно, что подобные ферменты могут заклинивать, если соединятся с неправильно устроенными короткими цепочками ДНК. Это натолкнуло российских биологов на мысль, что можно собрать «стоп-сигналы» таким образом, чтобы они теряли стабильность при облучении ультрафиолетом или повышении температуры.
В новом исследовании авторы использовали другой генетический механизм: сайт-специфические рекомбиназы, которые позволяют эффективно разрезать и вставлять ДНК в определенные места генома, каждая рекомбиназа распознает только одну точную последовательность ДНК. Новый набор инструментов установили на дрожжах и протестировали на бактериальных и растительных клетках.
Воронежский учёный объяснил, почему не стоит сильно надеяться на редактирование генома
| Биологи МГУ открыли новый метод редактирования генов некодирующих РНК | Был обнаружен целый ряд механизмов коррекции ДНК, созданных природой, что открывает путь для беспрецедентных подходов к редактированию генома. |
| Cозданная нейросетью система CRISPR-Cas9 отредактировала геном человеческих клеток | © Fotolia/ Dan Race Методы редактирования геномов в последние десятилетия развиваются семимильными шагами. |
«Под фонарем»: ученый сообщил о причинах создания огромной базы геномов россиян
При этом конечный результат не будет отличаться. Ведь не важно, удалили вы из генома «плохой» ген физически или только его «отключили» — опасный белковый продукт нарабатываться с него в любом случае не будет. Более того: при необходимости с помощью эпигеномного редактирования можно получить более мягкий эффект — немного повысить или понизить активность гена. И если что-то пойдет не так, то процесс можно легко обратить вспять. Что касается конкретных методических наработок, то на данный момент перспективной представляется доставка редактора эпигенома проверенным способом — с помощью векторов на основе аденовирусов. Такие векторы давно используют в генной терапии для доставки ДНК в клетки, хотя у них есть недостатки, например, высокая стоимость и риск побочных эффектов.
Новая методика Новая методика была основана на редактировании РНК. Это дало более широкие возможности по редактированию без внесения изменений в структуры других генов. Тем более, что разработчики провели огромную работу правда, при помощи ИИ : они провели анализ триллионов пар оснований микробных геномов и метагеномов из разных родов и биомов, чтобы выявить рабочие последовательности белков и откинуть заведомо нефункциональные варианты.
Строительная аналогия Говоря более простым языком, ученые среди всех математически возможных сочетаний белков отобрали те, которые, подобно строительным блокам и плитам, подходят друг к другу, и из которых можно «построить», что-то внятное и стабильное.
Особо важный момент: здесь в отличие от ситуации с ВИЧ российские биотехнологи шли по принципиально новому направлению. До них такие эксперименты никто не планировал. И если о том, насколько нужны томаты с избытком той или иной кислоты, спорить можно, то излечение от глухоты выглядит бесспорным благом, причем благом коммерциализируемым. По всему миру такое редактирование разрешено только в научных целях — и по достижении отредактированным эмбрионом пары недель он уничтожается. Глухота не угрожает жизни человека, а последствия редактирования эмбриональной ДНК, риски для людей, которые должны родиться в результате такой процедуры, предсказать невозможно. Вряд ли Ребриков готов взять эти риски на себя.
А доказать отсутствие таких нежелательных последствий практически невозможно», — продолжает Северинов. Константин Северинов отмечает, что в России ситуация в том, что касается редактирования геномов, ничем принципиально не отличается от иных юрисдикций. Сами по себе патенты вообще ничего не значат, это кусок бумаги. Лицензированные патенты важнее, но покупка лицензии также не означает, что будет получен практически важный результат», — говорит Северинов. В целом «от российских патентов в области генного редактирования до практического создания отредактированных животных или растений и их внедрения — дорога в тысячу ли», заключает ученый. Заметный коммерческий потенциал есть у генного редактирования в определенных тканях человека. Например, для успешной пересадки костного мозга требуется иммуносовместимый донор, поиски которого могут занимать долгое время, рассказывает Северинов.
Забрав у человека, больного раком крови, клетки его собственного костного мозга, отредактировав их и «приведя их в норму», можно подсадить их обратно. Очевидно, что в таком случае проблемы иммуносовместимости нет, ведь пациенту подсаживаются его собственные клетки.
Также обсудят применение искусственного интеллекта и биоинформатики в обработке геномных данных, создание новых лекарств и технологий тканевой инженерии как перспективного направления протезирования. Его директор, академик РАН Алексей Кочетов напомнил, что институт входит в состав Курчатовского геномного центра мирового уровня и активно занимается разработкой генетических технологий для сельского хозяйства, медицины и биотехнологической промышленности. По его словам, на базе ИЦиГ СО РАН работает один из основных центров страны по созданию и разведению лабораторных животных для фармакологических исследований.
Ученые из МГУ, «Сколтеха» и ИТЭБ РАН встроили термометр в геномный редактор
Исследователи прибегли к технологии редактировании двух геномов растения, один из них отвечает за цветение, второй – за устойчивость к заболеваниям, в том числе к грибковым инфекциям, например, к фитофторе. © Fotolia/ Dan Race Методы редактирования геномов в последние десятилетия развиваются семимильными шагами. Но если к редактированию генома человека российские ученые пока только осторожно приближаются, ТО в животноводстве уже несколько лет проводятся успешные эксперименты. Об иммунной системе бактерий, механизме действия CRISPR/Cas9 и результатах редактирования генома человеческих эмбрионов.
Ученые из Подольска сделали прорыв в редактировании генома
В конце прошлого года интерес к дискуссии дополнительно подогрело скандальное применение этой технологии в Китае. Это не мешает опытам по созданию новых трансгенных организмов, но избыточно и даже вредно для медицинских целей. Зачастую исправление того или иного гена требует точечного удаления или замены всего одного нуклеотида, а разрезание нити ДНК часто приводит к нежелательным мутациям. Поэтому молекулярные биологи активно изучают другие ферменты, менее универсальные, но более безопасные для человека и животных. Яркий пример таких веществ — так называемые эндонуклеазы, ферменты, часть которых была открыта в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино.
Вместо этого прикрепленные эффекторные молекулы прицельно добавят или удалят химические метки на ДНК или гистонах, меняя работу целевого гена. Исследования, проведенные в последние годы на лабораторных мышах, доказали, что редактирование эпигенома потенциально более безопасно, чем последовательности ДНК. При этом конечный результат не будет отличаться. Ведь не важно, удалили вы из генома «плохой» ген физически или только его «отключили» — опасный белковый продукт нарабатываться с него в любом случае не будет. Более того: при необходимости с помощью эпигеномного редактирования можно получить более мягкий эффект — немного повысить или понизить активность гена. И если что-то пойдет не так, то процесс можно легко обратить вспять.
В частности, заболевания, вызывающие поражение нервной системы, нередко связаны не только с наличием нездорового гена, но и с увеличением числа его копий. Необходимо сделать нерабочей одну копию, но вторую оставить без изменений. Систему нацеливают на этот ген и отключают после того, как она выполнит нужное действие. Система геномного редактирования состоит из двух компонентов: белка и нуклеиновой кислоты — РНК, которая направляет белок на определенный фрагмент ДНК, чтобы разрезать его в необходимом месте.
Самым либерально мыслящим, по крайней мере, среди стран Запада является британское научное сообщество. Так, среди авторов проекта моратория не было ни одного учёного из Великобритании. Более разнородно и, в целом, более консервативно настроено сообщество США. Именно от американских ученых в первую очередь исходят призывы к мораторию, хотя есть среди них и более «прогрессивные» лица как вышеупомянутая Р. Альта Чаро. Однако научные сообщества западных стран, несмотря на их неоднородность, объединяет одна общая черта — почти универсальное осознание необходимости широких общественных дискуссий и достижения консенсуса в обществе, которые должны предшествовать любому практическому применению редактирования генома человека. И в этом их, возможно, ключевое отличие от научного сообщества КНР. В своих публикациях в англоязычных журналах китайские ученые критиковали эксперимент Хэ Цзянькуя не менее жестко, чем их западные коллеги. Но идея о необходимости общественного консенсуса примечательным образом отсутствовала среди их аргументов. Судя по заявлениям его членов, китайское научное сообщество полагает, что решение по данному вопросу должно принимать государство, консультируясь при этом с экспертными кругами. В российском научном сообществе дискуссия по проблемам редактирования генома человека идёт намного менее активно, не в последнюю очередь в связи с тем, что на сегодняшний день Россия отстаёт от стран-лидеров в развитии данной сферы, хотя отдельные эксперименты проводятся , в том числе и по наследуемому редактированию. Проблема регулирования, таким образом, не стоит так остро на повестке дня, а отдельные комментарии, последовавшие в качестве реакции на работу Хэ Цзянькуя, свидетельствуют, что российские ученые разделяют существующий консенсус о преждевременности клинического применения наследуемого редактирования генома. Анализ идейного ландшафта научного сообщества позволяет с достаточно высокой степенью точности оценить, как будет развиваться глобальное управление наследуемым редактированием генома человека в краткосрочной перспективе. До тех пор, пока степень вовлеченности политических и других общественных акторов в дискуссии по данной проблеме невысока, голос учёных остаётся решающим. О чём же он нам говорит? В случае применения наследуемого редактирования генома в некоторых странах для усовершенствования человека, в международных отношениях может появиться ещё одно значимое конфликтное измерение. Во-первых, в краткосрочной перспективе 5—7 лет с высокой степенью вероятности сохранится консенсус о недопустимости практического применения наследуемого редактирования генома человека на данном этапе. Будет выработан ряд международных рекомендаций по регулированию данной отрасли — доклад Комитета ВОЗ ожидается во второй половине 2020 года. Вместе с тем по мере совершенствования безопасности и эффективности технологий редактирования генома, вероятно, будет начата разработка «переходного пути» к клиническому применению. Во-вторых, заключение международного соглашения на повестке дня не стоит. Международные консультативные и мониторинговые органы, реестры исследований — все эти предложения не выходит за пределы так называемого «мягкого регулирования». Не получает широкой поддержки даже идея добровольного моратория, не в последнюю очередь из-за обязывающих, принудительных оттенков самого термина «мораторий». В-третьих, маловероятен единый глобальный подход.
Ученые из Новосибирска нашли способ выключать систему редактирования генома в нужный момент
Об итогах и будущем экспериментов, имеющих отношение к редактированию генома высших организмов, дискутируют в Новосибирске специалисты из 11 государств. Компания Profluent представила новаторский проект OpenCRISPR – первый в мире открытый редактор генов на основе ИИ, который поможет точно редактировать человеческий геном. Я думаю, редактирование генома будет применяться в тех случаях, когда другого решения быть не может.
Учёные разработали эффективный способ редактирования генома коров
| Cозданная нейросетью система CRISPR-Cas9 отредактировала геном человеческих клеток | В последние годы наука добилась существенного прогресса в лечении некоторых генетических заболеваний путем редактирования генома стволовых клеток. |
| Новости по теме: редактирование генома | Это открытие вводит нас в новую огромную область биологии и, вероятно, ведёт к очередной революции в технологии редактирования генома. |
| Праймированное редактирование позволило провести системный скрининг мутаций TP53 — PCR News | «Я ждал появления возможности редактирования генома последние 15 лет, и теперь мне выпала большая честь — поучаствовать в подобном беспрецедентном эксперименте. |
| Новости по теме: редактирование генома | В начале этого года ВЭФ выпустил видео под названием «Технологи делятся взглядами на наш будущий мир», в котором говорится об изменении человеческого генома под названием «Переписывание кода жизни: технология редактирования генов позволит нам. |