раскопки мамонта

Технология CRISPR-Cas9 произвела настоящую революцию в науке и медицине, позволив исследователям легко и точно вносить желаемые изменения в геномы животных, растений и микроорганизмов, и даже клеток человека. Так, на ее основе уже создали препарат для лечения серповидно-клеточной анемии, который устраняет «поломку» в гене гемоглобина. Несмотря на все это, эксперименты с использованием CRISPR не выходят за стены университетов и исследовательских институтов. Обычно они долгие и трудоемкие, требуют специального дорогостоящего оборудования и реагентов. Кроме этого, нужно соблюдать меры биобезопасности при работе с микроорганизмами или клетками млекопитающих, особенно если это клетки человека, заражённые вирусом.

Однако будущее технологии CRISPR-Cas — в руках общества. И чтобы принимать взвешенные решения о разумном и допустимом применении новой технологии, ее принцип должны понимать не только ученые, но и обычные люди. Поэтому исследователи из Стэнфордского университета предлагают ввести в школах практические занятия по генной инженерии. Для этого они создали CRISPRkit — простой и дешевый набор реактивов, который будет доступен всем — как ученикам старших классов, так и просто интересующимся людям.

Чтобы сделать CRISPRkit безопасным, вместо клеток исследователи использовали бесклеточную, искусственную систему для синтеза белков. Это просто раствор в пробирке, в котором находится ДНК, кодирующая определенный белок, а также ферменты и реагенты для «считывания» мРНК с гена и для синтеза этого белка. Для наглядности исследователи использовали гены цветных белков — красного, желтого и синего — и «нацелили» систему CRISPR-Cas отдельно на каждый из них. Если точнее, ученые использовали не обычную технологию CRISPR, а ее вариант, который снижает активность генов, не изменяя их последовательность. В контрольной пробирке, без добавления компонентов CRISPR-Cas, гены работали нормально и «производили» цветные белки, окрашивая раствор в соответствующий цвет. Если же система «выключала» какой-то из генов, содержание белка, который он кодирует, резко падало, и раствор становился прозрачным. Получается, эффективность работы CRISPR-Cas можно оценить просто по изменению цвета раствора. А для более точной оценки исследователи разработали алгоритм CRISPectra, которым можно пользоваться со смартфона.

После того как ученые заменили дорогостоящее лабораторное оборудование на простое, — например, пипетки на пластиковые палочки с петлей на конце — им удалось снизить цену CRISPRkit всего до $2! (Рис. 1). Это в 50 раз меньше доступных аналогов. А время эксперимента сократилось до 30 минут.

Рис. 1. Замена дорогостоящего лабораторного оборудования (слева) на доступное (справа)
Источник: [2]

Свой продукт исследователи предложили «опробовать» старшеклассникам. Школьникам предстояло решить интересную задачку: определить, смесь из каких именно цветных белков находилась в растворе. Для этого они по очереди «выключали» гены красного, желтого и синего белка с помощью CRISPR-Cas и анализировали изменение цвета с помощью смартфонов. В результате 15 из 17 групп, в каждой из которых по 2–3 человека, успешно справились с заданием, а сложности у остальных скорее всего возникли просто из-за неаккуратного смешивания реагентов.

В будущем ученые надеются расширить применение CRISPRkit для редактирования большего числа генов и постановки более интересных задач для будущих исследователей. Так новое поколение сможет на практике узнать о революционной технологии CRISPR-Cas.

В России на направления генной инженерии, биоинформатики, молекулярной биологии традиционно высокий конкурс, который в последние годы только растет, как, например, на факультете биоинженерии и биоинформатики МГУ. Практические занятия в школе пробудили бы еще больший интерес к этой области.