Учёные нашли способ встраивать целые гены в ДНК — без ножа, вирусов и паники

Учёные создали инструмент редактирования генома, который впервые позволяет встраивать в ДНК человека целые гены — быстро, точно и без разрезов. Новая система, названная evoCAST, может стать основой для универсальных генных терапий, не зависящих от конкретной мутации, а также ускорить разработку клеточных препаратов против рака и генетических моделей для исследований.

Разработка основана на использовании ферментов-транспозаз — белков, способных перемещать участки ДНК внутри генома. Исследовательская группа под руководством химика Дэвида Лю из Института Броуда и биохимика Сэмюэла Стернберга из Колумбийского университета применила метод направленной эволюции, чтобы улучшить эффективность CAST-комплекса — бактериальной системы на основе CRISPR и транспозонов.

Вместо классического метода с вирусными векторами, которые часто вставляют фрагменты ДНК в случайные места, вызывая мутации, новая технология работает прицельно и без разрыва цепи. Для этого учёные внедрили гены компонентов CAST в бактериофаг — вирус, заражающий бактерии — и позволили естественному отбору выбрать наиболее результативные варианты. После сотен поколений и доработок на уровне белков была создана улучшенная система evoCAST с 21 модификацией в пяти белках.

Эффективность вставки увеличилась более чем в 400 раз по сравнению с оригинальной системой и достигла 30% в разных типах человеческих клеток. Инструмент успешно внедрил участки ДНК длиной более 10 000 нуклеотидов — достаточно для целых генов с регуляторными элементами — и делал это строго в безопасных участках генома, не затрагивая жизненно важные функции клетки.

В отличие от стандартных CRISPR-подходов, evoCAST не требует разрезания ДНК, что минимизирует риски ошибок и побочных эффектов. Это делает систему особенно перспективной для клинического применения, где безопасность важнее всего.

Альтернативные решения также были представлены в последние месяцы. Исследователи из Гарварда и стартапа Metagenomi предложили свои варианты транспозонных систем. Хотя их эффективность ниже, более компактные размеры делают их привлекательными для доставки в клетки.

Тем не менее, все эти подходы сталкиваются с трудностями. Даже у evoCAST были зафиксированы единичные случаи внедрения вне цели, а крупный размер белкового комплекса затрудняет его транспортировку. Несмотря на это, учёные уверены: возможности транспозонных систем только начинают раскрываться.

«Это действительно впечатляющий шаг вперёд, — говорит биофизик Илья Финкельштейн. — Но система сложная». И всё же разработчики верят, что можно добиться ещё большего. «В этом и есть сила инженерии, — подытоживает Стернберг. — Мы всегда можем сделать лучше».