Ученые взломали «пароли» CRISPR для ускорения разработки генной терапии

Одним из самых революционных инструментов в современной медицине является молекулярный скальпель, настолько точный, что он может модифицировать дефектную ДНК и исправлять генетические заболевания, такие как серповидноклеточная анемия, а также хронические расстройства, включая сердечно-сосудистые заболевания и некоторые виды рака.

Этот инструмент называется CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) — гениальная техника генной инженерии в молекулярной биологии, позволяющая целенаправленно модифицировать геномы живых организмов.

CRISPR (= Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) + фрагмент ДНК, E.Coli. Автор: Mulepati, S., Bailey, S.; Astrojan/Wikipedia/ CC BY 3.0

Но есть загвоздка: CRISPR нуждается в «пароле» — специфическом сигнале ДНК, называемом PAM (protospacer adjacent motif), который расположен рядом с целевым геном, прежде чем он сможет сделать разрез.

Нет пароля — нет редактирования

«Это похоже на первый шаг в системе двухфакторной аутентификации. Вторая аутентификация, например через мобильный телефон, будет инициирована только после совпадения пароля», — объясняет профессор Чжэн Цзунли с факультета биомедицинских наук Городского университета Гонконга.

Однако команде профессора Чжэна удалось взломать этот код, как сообщается в статье «GenomePAM directs PAM characterization and engineering of CRISPR-Cas nucleases using mammalian genome repeats», недавно опубликованной в журнале Nature Biomedical Engineering.

Дизайн метода. Автор: Nature Biomedical Engineering (2025). DOI: 10.1038/s41551-025-01464-y

Метод GenomePAM работает следующим образом: он картирует пароли CRISPR непосредственно в человеческих клетках. Вместо использования искусственных систем, которые часто ограничены (например, тестирование 1-3 последовательностей на каждые 10 клеток из-за распределения Пуассона), GenomePAM использует естественный случайный кодекс рядом с повторяющимися паттернами в нашей собственной ДНК (более 10 000 последовательностей в каждой отдельной клетке) для быстрого и точного определения того, какие последовательности PAM распознает инструмент CRISPR. И хотя традиционные методы обычно могут угадывать пароли длиной до 4-6 символов, GenomePAM легко определяет как минимум 10 символов.

«GenomePAM позволяет нам понять, насколько хорошо работает инструмент CRISPR, и, что особенно важно, учитывая все возможные PAM, насколько точно он может резать в геноме. Это необходимо для повышения безопасности генной терапии», — говорит Чжэн.

Перспективы для биомедицинских исследований весьма многообещающие. Зная пароли инструмента CRISPR, GenomePAM помогает пополнить богатый инструментарий. В отличие от старых методов, основанных на бактериях или пробирках, GenomePAM работает непосредственно в человеческих клетках, обеспечивая более точные и клинически значимые результаты. Эта технология может значительно сократить время, необходимое для создания новых инструментов для лечения, и поможет исследователям в разработке более умных и гибких систем CRISPR, работающих с широким спектром генетических мишеней.

Означает ли это, что ранее неизлечимые заболевания теперь находятся в пределах досягаемости?

Профессор Чжэн пока сдерживает ожидания.

«Мы можем сказать, что GenomePAM может значительно ускорить разработку инструментов для редактирования генов, тем самым продвигая прецизионное редактирование генов и разработку клинических препаратов», — отмечает он.

CRISPR-технология, открытая в 2012 году, уже принесла Нобелевскую премию по химии 2020 года Эмманюэль Шарпантье и Дженнифер Дудна. Новый метод GenomePAM открывает путь к созданию более безопасных и эффективных генетических терапий для лечения наследственных заболеваний.

Больше информации: Miao Yu et al, GenomePAM directs PAM characterization and engineering of CRISPR-Cas nucleases using mammalian genome repeats, Nature Biomedical Engineering (2025). DOI: 10.1038/s41551-025-01464-y

Источник: City University of Hong Kong