Вкл – выкл: ученые придумали, как включать гены с помощью тока

Швейцарские ученые разработали технологию, позволяющую выборочно включать и выключать определенные гены с помощью электрического тока. С подробностями – научный обозреватель Николай Гринько.

Фото: depositphotos/vitstudio

Генное кодирование – это невероятно сложный механизм, в котором ученые до сих пор не смогли разобраться до конца. Тем не менее в очень упрощенном виде его можно описать так: каждый ген управляет какой-либо функцией организма (чаще всего – несколькими), и если какой-то из генов поврежден или деактивирован, то эта функция не включается или работает со сбоями.

Существует множество относительно безобидных мутаций: голубые глаза – следствие сбоя в гене HERC2, рыжие волосы – проблема в MC1R. Но есть и более серьезные случаи: например, существуют гены, мутации которых блокируют в организме выработку инсулина – гормона поджелудочной железы. Он отвечает за поддержание нормального уровня глюкозы в крови, обеспечивая ее поступление в клетки для их питания. Если происходит сбой, глюкоза не достигает клеток, а вместо этого накапливается в крови – это заболевание называется сахарным диабетом.

Группа исследователей из базельского Научно-инженерного отделения биосистем Высшей технической школы Цюриха под руководством Мартина Фуссенеггера разработала методику, которую назвали DART (DC-Actuated Regulation Technology, то есть "Технология регуляции генов постоянным током").

Уже довольно давно известно, что если направить на живую ткань небольшой постоянный ток, в клетках возникают свободные электроны и радикалы, приводящие к образованию активных форм кислорода. Содержащиеся в клетке белки служат естественными детекторами таких радикалов, включая KEAP1, запускающий процесс подавления опухолей. Обнаружив накопление активного кислорода, KEAP1 отправляет в клеточное ядро сигнальный протеин NRF2, который инициирует антиоксидантные и противовоспалительные механизмы. Правда, запустить этот процесс, просто приложив к живой ткани электроды, у ученых долго не получалось – система KEAP1/NRF2 не активировалась.

Фото: depositphotos/DragosCondreaW

Тогда биологи внесли в клетки дополнительные гены KEAP1/NRF2, а также изменили промоторы – участки ДНК, запускающие работу того или иного гена – на которые воздействует NRF2. И тогда модифицированные клетки в ответ на приложенный ток стали запускать работу гена, регулирующего выработку инсулина. Причем, для этого требовалось всего несколько секунд.

После этого было решено вынести эксперимент "из пробирки" в живой организм. Генно-модифицированные человеческие клетки, "обученные" вырабатывать инсулин в ответ на электричество, поместили в лабораторных мышей, больных диабетом. Клетки прижились и продолжили работать так, как их запрограммировали ученые. Было даже проведено несколько испытаний с различными источниками тока. Оказалось, что оптимальным вариантом можно считать три "пальчиковые" батарейки формата AAA, подключаемые к электродам на 10-20 секунд. Можно даже использовать часовую батарейку-"таблетку" CR2032 на три вольта, но для синтеза инсулина ей придется работать целых полчаса.

Для чистоты эксперимента были опробованы самые разные батарейки и даже зарядное устройство от смартфона – и все они запускали нужный ген, не оказывая при этом влияния на жизнеспособность клетки.

Испытания показали, что уже на второй день электротерапии уровень глюкозы в крови мышей пришел в норму и оставался на этом уровне в течение месяца. Электростимуляция производила эффект, аналогичный нескольким уколам инсулина в сутки. Ученые полагают, что со временем можно будет создавать клеточные DART-имплантаты, включающие нужные гены с помощью обычных батареек. Надеемся, что это произойдет уже в ближайшем будущем.

Хотя...