Можно ли вылечить генетические заболевания редактированием ДНК?
-
0:01 - 0:05Самый главный подарок
от ваших родителей — -
0:05 - 0:08это двойная спираль
из трёх миллиардов молекул ДНК, -
0:08 - 0:10которые составляют ваш геном.
-
0:10 - 0:13Но как любая вещь, состоящая
из трёх миллиардов компонентов, -
0:13 - 0:14этот дар хрупкий.
-
0:15 - 0:18Солнечный свет, курение, нездоровая пища
-
0:18 - 0:21и даже спонтанные ошибки самих клеток
-
0:21 - 0:23могут вызвать изменения генома.
-
0:25 - 0:28Самый распространённый
тип изменений в ДНК — -
0:28 - 0:32это обычная замена одного нуклеотида,
или основания, например С, -
0:32 - 0:36на другой нуклеотид,
например на T, G или А. -
0:37 - 0:40За один день клетки тела
коллективно накапливают -
0:40 - 0:45миллиарды перемещений нуклеотидов,
называемых точковыми мутациями. -
0:46 - 0:49Большинство точковых мутаций безвредны.
-
0:49 - 0:50Но время от времени
-
0:50 - 0:54точковая мутация нарушает
важную функцию клетки -
0:54 - 0:57или делает поведение клетки
вредным для организма. -
0:58 - 1:01Если эта мутация унаследована
от ваших родителей -
1:01 - 1:04или произошла на довольно
раннем этапе вашего развития, -
1:04 - 1:07тогда многие или все из ваших клеток
-
1:07 - 1:09содержат эту вредную мутацию.
-
1:09 - 1:12Тогда вы — один из сотни миллионов людей
-
1:12 - 1:14с генетическими заболеванием.
-
1:14 - 1:17Например, серповидноклеточная анемия
или прогерия, -
1:17 - 1:20или мышечная дистрофия,
или болезнь Тея-Сакса. -
1:22 - 1:25Тяжёлые генетические заболевания
из-за точковых мутаций -
1:25 - 1:27особенно расстраивают нас,
-
1:27 - 1:30поскольку мы часто знаем
об изменении конкретного нуклеотида — -
1:30 - 1:35причины заболевания и теоретически
можем излечить заболевание. -
1:35 - 1:38Миллионы людей страдают
от серповидноклеточной анемии -
1:38 - 1:41из-за единственной мутации
нуклеотида А в нуклеотид Т -
1:41 - 1:44в обеих цепочках гена гемоглобина.
-
1:46 - 1:49А дети с прогерией рождаются
с нуклеотидом Т -
1:49 - 1:51в одной точке генома,
-
1:51 - 1:53в которой должен быть нуклеотид С,
-
1:53 - 1:57и последствия настолько ужасны,
что эти прекрасные, гениальные дети -
1:57 - 2:01быстро стареют
и умирают примерно в 14 лет. -
2:02 - 2:05На протяжении всей истории медицины
мы не знали, -
2:05 - 2:08как эффективно исправить
точковые мутации в живых системах, -
2:09 - 2:12чтобы исправить вредную мутацию
нуклеотида Т в С. -
2:13 - 2:15Возможно, до настоящего момента.
-
2:15 - 2:19Так как моей лаборатории
удалось разработать такой способ — -
2:20 - 2:21способ «Редактирования основания».
-
2:23 - 2:25История разработки редактора основания
-
2:25 - 2:28началась три миллиарда лет назад.
-
2:29 - 2:32Мы рассматриваем бактерию
как источник инфекции, -
2:32 - 2:35но сами бактерии
также подвержены заражению, -
2:35 - 2:37в частности, вирусами.
-
2:38 - 2:41Около трёх миллиардов лет назад
бактерии выработали -
2:41 - 2:44защитный механизм
для борьбы с вирусной инфекцией. -
2:46 - 2:48Этот защитный механизм
теперь широко известен как CRISPR. -
2:49 - 2:52И поражающим элементом CRISPR
является лиловый протеин, -
2:52 - 2:56разрезающий ДНК наподобие
молекулярных ножниц, -
2:56 - 2:58разрывающий двойную спираль
на две части. -
2:59 - 3:03Если бы CRISPR не мог различать
ДНК бактерии и вирусов, -
3:03 - 3:06он не был бы настолько полезным
для защитной системы. -
3:06 - 3:09Но самая невероятная особенность CRISPR —
-
3:09 - 3:12это возможность «программирования ножниц»
-
3:12 - 3:19на поиск, привязку и вырезание
только конкретных частей ДНК. -
3:21 - 3:24Когда бактерия встречает вирус
в первый раз, -
3:24 - 3:28она может сохранять небольшой
фрагмент ДНК этого вируса -
3:28 - 3:31для использования в качестве
программы управления CRISPR -
3:31 - 3:35для вырезания последовательности ДНК
при последующих инфекциях. -
3:36 - 3:41Вырезание ДНК вируса
мешает работе заражённого гена -
3:41 - 3:43и прерывает жизненный цикл вируса.
-
3:46 - 3:51Невероятные исследования
Эммануэль Шарпантье, Джорджа Чёрча, -
3:51 - 3:54Дженнифер Дудна и Фена Джана
-
3:54 - 3:58шесть лет назад продемонстрировали
принцип программирования CRISPR -
3:58 - 4:00для вырезания выбранной
последовательности ДНК, -
4:00 - 4:03включая последовательности в геноме,
-
4:03 - 4:06вместо заражённых последовательностей ДНК,
выбираемых бактерией. -
4:07 - 4:09Но результаты совпали.
-
4:10 - 4:12Вырезание последовательности в геноме
-
4:12 - 4:16также мешает работе разрезанного гена,
-
4:17 - 4:21обычно вызывая вставку и удаление
случайных комбинаций нуклеотидов ДНК -
4:21 - 4:23на стороне разреза.
-
4:25 - 4:29Нарушение работы генов может быть
очень полезным для практических целей. -
4:30 - 4:34Но в большинстве случаев точковые мутации
приводят к генетическим заболеваниям. -
4:34 - 4:39Простое разрезание уже мутировавшего гена
пациентам не поможет, -
4:39 - 4:44так как необходимо восстановить
его работу, а не препятствовать этому. -
4:45 - 4:48Поэтому разрезание уже мутировавшего
гена гемоглобина, -
4:48 - 4:51вызывающего серповидноклеточную анемию,
-
4:51 - 4:54не восстановит способность пациента
вырабатывать здоровые эритроциты. -
4:56 - 5:00И хотя мы иногда можем вводить
последовательности ДНК в клетки -
5:00 - 5:03для замены последовательностей,
окружающих разрез, -
5:03 - 5:07этот процесс, к сожалению, не происходит
в большинстве типов клеток, -
5:08 - 5:10и эффекты повреждённого гена
всё равно преобладают. -
5:12 - 5:14Как и многие учёные, я мечтал о будущем,
-
5:15 - 5:17в котором мы сможем лечить
или даже излечивать -
5:17 - 5:19генетические заболевания.
-
5:19 - 5:23Но я ощущал недостаток способов
исправить точковые мутации, -
5:23 - 5:26вызывающие большинство
генетических заболеваний у людей, -
5:26 - 5:28как главную проблему на пути к этому.
-
5:29 - 5:32Будучи химиком, я начал работать
со своими студентами -
5:32 - 5:37над разработкой способов прямого влияния
на основание ДНК человека -
5:37 - 5:43с целью исправить, а не просто разрушить,
вызывающие заболевания мутации. -
5:45 - 5:47Результат наших усилий —
молекулярные машины, -
5:47 - 5:49называемые «редакторы основания».
-
5:49 - 5:55Они используют программируемый механизм
поиска ножниц CRISPR, -
5:55 - 5:58но вместо разрезания ДНК
-
5:58 - 6:01они напрямую конвертируют
одно основание в другое -
6:01 - 6:03без повреждения остальной части гена.
-
6:05 - 6:09Если представить естественные
протеины CRISPR как молекулярные ножницы, -
6:09 - 6:12то редакторы основания будут карандашами,
-
6:12 - 6:15способными напрямую переписывать
нуклеотиды ДНК -
6:16 - 6:20за счёт преобразования атомов
одного основания ДНК -
6:20 - 6:22в другое основание ДНК.
-
6:24 - 6:26Редакторы оснований
не существуют в природе. -
6:27 - 6:30В сущности, мы изобрели
первый редактор основания -
6:30 - 6:31из трёх отдельных протеинов,
-
6:31 - 6:34полученных даже не из одного организма.
-
6:34 - 6:39Мы начали с отключения способности
ножниц CRISPR разрезать ДНК, -
6:39 - 6:44оставив способность поиска и связывания
целевой последовательности в ДНК -
6:44 - 6:45по составленному плану.
-
6:46 - 6:49К отключённым ножницам CRISPR,
обозначенных синим, -
6:49 - 6:52мы прикрепили второй протеин,
выделенный красным, -
6:52 - 6:56который осуществляет химическую реакцию
на основании нуклеотида С ДНК, -
6:56 - 6:59превращая его в основание,
которое ведёт себя как Т. -
7:01 - 7:04В-третьих, нам пришлось прикрепить
к первым двум протеинам -
7:04 - 7:05протеин лилового цвета,
-
7:05 - 7:09защищающий отредактированное основание
от удаления клеткой. -
7:10 - 7:13В результате получился протеин
из трёх частей, -
7:13 - 7:17который впервые позволял конвертировать
нуклеотиды С в нуклеотиды Т -
7:17 - 7:20в указанном месте генома.
-
7:21 - 7:25На даже на этом этапе
мы прошли только половину пути. -
7:25 - 7:27Поскольку для стабильного существования
внутри клетки -
7:27 - 7:31двум цепочкам двойной спирали ДНК
необходимо образовать пары оснований. -
7:32 - 7:36И поскольку С формирует
спаренное основание с G, -
7:36 - 7:39а Т — только с А,
-
7:40 - 7:45простая замена C на Т на одной цепочке ДНК
вызывает ошибку спаривания оснований — -
7:45 - 7:47противоречие между двумя цепочками ДНК,
-
7:47 - 7:52которое клетка должна разрешить,
выбрав замену одной из цепочек. -
7:53 - 7:57Мы поняли, что можно усовершенствовать
данный трёхчастный протеин -
7:59 - 8:03с целью пометить неотредактированные
цепочки как те, которые нужно заменить, -
8:03 - 8:04с помощью никирования данных цепочек.
-
8:05 - 8:08Лёгкое никирование «заставляет» клетку
-
8:08 - 8:13заменить неотредактированный
нуклеотид G на А -
8:13 - 8:15при восстановлении повреждённой цепочки.
-
8:15 - 8:19Таким образом завершается конверсия
пары оснований C-G -
8:19 - 8:22в стабильную пару оснований Т-А.
-
8:25 - 8:26Несколько лет тяжёлой работы
-
8:26 - 8:30в лаборатории, возглавляемой
постдокторантом Алексисом Комором, -
8:30 - 8:33привели к успеху в развитии
первого класса редактора основания, -
8:33 - 8:37который конвертирует
нуклеотиды C в Т и G в А -
8:37 - 8:39в качестве выбранных целевых позиций.
-
8:41 - 8:46Среди более чем 35 000 известных
патогенных точковых мутаций -
8:46 - 8:50две разновидности, которые
первый редактор оснований может обратить, -
8:50 - 8:56вместе отвечают за 14%, или 5 000,
патогенных точковых мутаций. -
8:57 - 9:01Но исправление большей части
патогенных точковых мутаций -
9:01 - 9:05потребует разработки редактора оснований
второго класса, -
9:05 - 9:09который сможет конвертировать
нуклеотиды А в G или Т в C. -
9:11 - 9:15Под руководством Николь Гауделли,
бывшего постдокторанта в лаборатории, -
9:15 - 9:18мы занялись разработкой второго класса
редактора оснований, -
9:18 - 9:24который, в теории, должен исправить
до половины патогенных точковых мутаций, -
9:24 - 9:28включая вызывающие болезнь
преждевременного старения прогерию. -
9:30 - 9:33Мы поняли, что сможем снова заимствовать
-
9:33 - 9:37механизм таргетирования ножниц CRISPR,
-
9:37 - 9:43чтобы доставить новый редактор оснований
до нужного места в геноме. -
9:44 - 9:47Однако довольно быстро
мы столкнулись с невероятной проблемой. -
9:48 - 9:50А именно, среди известных протеинов
-
9:50 - 9:54нет такого, который бы конвертировал
А в G или T в С -
9:54 - 9:56внутри ДНК.
-
9:57 - 9:59Столкнувшись с такой серьёзной преградой,
-
9:59 - 10:01большинство студентов
стали бы искать другой проект -
10:02 - 10:03или нового научного руководителя.
-
10:03 - 10:04(Смех)
-
10:04 - 10:06Но Николь согласилась следовать плану,
-
10:06 - 10:09который казался очень амбициозным
на тот момент. -
10:10 - 10:12В отсутствие протеина
естественного происхождения, -
10:12 - 10:14выполняющего необходимую функцию,
-
10:15 - 10:18мы решили выделить
собственный протеин в лаборатории -
10:18 - 10:22для превращения нуклеотида А в основание,
ведущее себя как G, -
10:22 - 10:27начав с протеина,
выполняющего похожие функции в РНК. -
10:27 - 10:31Мы устроили дарвиновскую систему отбора
наиболее приспособленного, -
10:31 - 10:35через которую прошли десятки миллионов
вариантов протеинов, -
10:35 - 10:37и пропустили редкие варианты
-
10:37 - 10:40с химическими свойствами,
необходимыми для выживания. -
10:42 - 10:44Мы остановились на показанном протеине,
-
10:44 - 10:47на первом, который может конвертировать
нуклеотид А в ДНК -
10:47 - 10:49в основание, напоминающее G.
-
10:49 - 10:51Затем мы прикрепили этот протеин
-
10:51 - 10:53к отключённым ножницам CRISPR,
показаных синим цветом. -
10:54 - 10:56Мы создали второй редактор оснований,
-
10:56 - 10:59который превращает нуклеотиды А в G
-
10:59 - 11:03и использует всю ту же стратегию
никирования цепочек, -
11:03 - 11:04использованную в первом редакторе,
-
11:04 - 11:10чтобы «заставить» клетку заменить
нередактированный T на С -
11:10 - 11:12при восстановления никированной цепочки.
-
11:12 - 11:16Таким образом мы завершили процесс
конверсии базы A-T в базовую пару G-C. -
11:17 - 11:19(Аплодисменты)
-
11:19 - 11:20Спасибо.
-
11:20 - 11:23(Аплодисменты)
-
11:23 - 11:26Будучи университетским учёным в США,
-
11:26 - 11:28я не привык, чтобы меня
прерывали аплодисментами. -
11:28 - 11:31(Смех)
-
11:31 - 11:36Мы разработали два первых класса
редакторов основания -
11:36 - 11:38только три и полтора года назад.
-
11:39 - 11:42Но даже за такое короткое время
-
11:42 - 11:45они нашли широкое применение
в биомедицинских исследованиях. -
11:46 - 11:50Редакторы основания были «запущены»
более 6 000 раз -
11:50 - 11:54по запросу более чем 1 000 исследователей
по всему миру. -
11:55 - 11:59Сотня научно-исследовательских работ
уже была опубликована -
11:59 - 12:03после использования редакторов основания
на разных организмах, включая бактерии, -
12:03 - 12:05растения, мышей и приматов.
-
12:08 - 12:10Хотя редакторы оснований ещё слишком новы
-
12:10 - 12:12для клинических испытаний на людях,
-
12:12 - 12:18учёным удалось достичь важного прорыва
в этом направлении -
12:18 - 12:20за счёт использования
редакторов основания на животных -
12:21 - 12:24для исправления точковых мутаций —
причины генетических заболеваний человека. -
12:26 - 12:27Например,
-
12:27 - 12:31совместная команда учёных под руководством
Люка Коблана и Джона Леви, -
12:31 - 12:33двух присоединившихся
в моей лаборатории студентов, -
12:33 - 12:37недавно использовала вирус для доставки
второго редактора основания -
12:37 - 12:40в ген мыши, болеющей прогерией,
-
12:40 - 12:43заменив патогенный нуклеотид Т
на нуклеотид С -
12:43 - 12:48и обратив его последствия
на уровнях ДНК, РНК и протеинов. -
12:49 - 12:52Редакторы оснований также
использовались на животных -
12:52 - 12:55для обращения последствий тирозинемии,
-
12:56 - 12:59бета-талассемии, мышечной дистрофии,
-
12:59 - 13:03болезни Феллинга, врождённой глухоты
-
13:03 - 13:05и одного из сердечно-сосудистых
заболеваний. -
13:05 - 13:10В каждом случае с помощью
прямого исправления точковой мутации, -
13:10 - 13:13которая была причиной
или причинным фактором заболевания. -
13:14 - 13:16В случае с растениями
редакторы оснований использовались -
13:16 - 13:20для изменений отдельных нуклеотидов ДНК
-
13:20 - 13:22с целью повышения уровня урожая.
-
13:22 - 13:27А биологи использовали редакторы оснований
для испытания роли отдельных нуклеотидов -
13:27 - 13:30в генах, связанных
с раковыми заболеваниями. -
13:31 - 13:36Компании, в которых я являюсь учредителем,
Beam Therapeutics и Pairwise Plants, -
13:36 - 13:39используют редактор оснований
для лечения генетических заболеваний людей -
13:39 - 13:41и улучшения методов агрономии.
-
13:42 - 13:44Этим видам применения редактора оснований
-
13:44 - 13:47меньше трёх лет:
-
13:47 - 13:49с точки зрения исторических рамок науки
-
13:49 - 13:51это мгновение.
-
13:53 - 13:54Предстоит ещё много работы
-
13:54 - 13:57до реализации полного потенциала
редакторов оснований -
13:57 - 14:01с целью улучшить жизни пациентов
с генетическими заболеваниями. -
14:01 - 14:04Хотя многие из этих заболеваний
считаются излечимыми -
14:04 - 14:06путём исправления лежащей в основе мутации
-
14:06 - 14:09даже в самой мелкой части клеток органа,
-
14:09 - 14:12доставка молекулярных машин,
таких как редакторы оснований, -
14:12 - 14:14в клетку человека
-
14:14 - 14:16может быть сложной задачей.
-
14:17 - 14:20Использование природных вирусов
для доставки редакторов оснований -
14:20 - 14:23вместо молекул, вызывающих простуду, —
-
14:23 - 14:25один из нескольких
многообещающих способов доставки, -
14:25 - 14:27использовавшихся с успехом.
-
14:28 - 14:31Продолжать разработку
новых молекулярных машин, -
14:31 - 14:33поддерживающих оставшиеся методы
-
14:33 - 14:35конверсии одного парного основания
в другое и снижающих -
14:35 - 14:40нежелательное редактирование
нецелевых мест в клетках, -
14:40 - 14:41очень важно.
-
14:42 - 14:46Взаимодействие с учёными, врачами,
специалистами по этике и правительствами -
14:47 - 14:51для увеличения вероятности
безопасного и этического -
14:51 - 14:54применения редактирования основания
-
14:54 - 14:56остаётся важнейшей обязанностью.
-
14:58 - 14:59Несмотря на все эти сложности,
-
14:59 - 15:03если бы мне ещё пять лет назад сказали,
-
15:03 - 15:04что исследователи по всему миру
-
15:05 - 15:08будут использовать выращенные
в лаборатории молекулярные машины -
15:08 - 15:11для прямой конверсии одной пары оснований
-
15:11 - 15:12в другую пару
-
15:12 - 15:15в конкретной точке человеческого генома
-
15:15 - 15:19эффективно и с минимальными
побочными эффектами, -
15:19 - 15:20я бы спросил:
-
15:20 - 15:22«Что за научную фантастику вы читаете?»
-
15:24 - 15:27Благодаря героическому упорству
группы студентов, -
15:27 - 15:32достаточно креативных для разработки того,
что нам удалось разработать, -
15:32 - 15:35и достаточно смелых для выведения того,
что нам не удалось, -
15:35 - 15:40редактирование основания начало
превращать научно-фантастические мечты -
15:40 - 15:42в удивительную новую реальность,
-
15:42 - 15:45в которой самым важным подарком
наши детям -
15:46 - 15:49может быть не только три миллиарда
пар нуклеотидов ДНК, -
15:49 - 15:52но и средства их защиты и исправления.
-
15:52 - 15:53Спасибо.
-
15:54 - 15:58(Аплодисменты)
-
15:58 - 15:59Спасибо.
- Title:
- Можно ли вылечить генетические заболевания редактированием ДНК?
- Speaker:
- Дэвид Лиу
- Description:
-
В своём рассказе о научном открытии химический биолог Дэвид Лиу поведает о настоящем прорыве: разработке в его лаборатории редакторов основания, способных «переписывать» ДНК. Ключевым шагом в редактировании генома стало выведение потенциала CRISPR на новый уровень: если протеины CRISPR — это «молекулярные ножницы», запрограммированные на разрезание указанных последовательностей ДНК, то редакторы основания — это «карандаши», способные напрямую заменять один нуклеотид ДНК на другой. Узнайте о том, как работают эти молекулярные машины, а также об их способности лечить или даже излечивать генетические заболевания в будущем.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 16:12
Retired user approved Russian subtitles for Can we cure genetic diseases by rewriting DNA? | ||
Retired user edited Russian subtitles for Can we cure genetic diseases by rewriting DNA? | ||
Retired user accepted Russian subtitles for Can we cure genetic diseases by rewriting DNA? | ||
Retired user edited Russian subtitles for Can we cure genetic diseases by rewriting DNA? | ||
Dennis Gordeychuk edited Russian subtitles for Can we cure genetic diseases by rewriting DNA? | ||
Dennis Gordeychuk edited Russian subtitles for Can we cure genetic diseases by rewriting DNA? | ||
Dennis Gordeychuk edited Russian subtitles for Can we cure genetic diseases by rewriting DNA? | ||
Dennis Gordeychuk edited Russian subtitles for Can we cure genetic diseases by rewriting DNA? |