Генетические болезни связаны с тем, что в результате порой единственной ошибки в матричной молекуле нуклеиновой кислоты синтезируются неправильные молекулы белка. Наука нашла возможность внесения «корректорской правки» в такие ошибочные матрицы. Молекула ДНК была отобрана эволюцией для хранения генетического кода как самая надёжная и защищённая от повреждений. Тем не менее гены в ней защищены не на сто процентов: мутации — замены, вырезания и вставки нуклеотидных букв, из которых сложен генетический код, — постоянно изменяют последовательность ДНК, и далеко не всегда это приносит пользу. Очень много генетических заболеваний связано как раз с разными дурными мутациями, которые служат причиной синтеза дефектных белков. А посему учёные давно ломают голову над тем, как научиться исправлять такие генетические дефекты — ведь это мгновенно лишило бы «статуса» неизлечимых целый список опасных заболеваний. Исследователи из Университета Рочестера (США) сообщают в журнале Nature, что им удалось найти способ исправления негодных мутаций. Учёные использовали своеобразный подход, решив проблему не на уровне исходного гена в ДНК, а на уровне молекулы передатчика — информационной РНК. Как известно, молекулы белков собираются не на самом гене: сначала на участке ДНК синтезируется копия в виде матричной (информационной) РНК, а уже на этой мРНК синтезируются — в соответствии с генетическим кодом и с помощью белок-синтезирующих машин — полипептидные цепи.
Бронхи человека, больного муковисцидозом. Гиперпродукция слизи приводит к тому, что заполненные ею бронхи затрудняют дыхание и служат пристанищем для многих болезнетворных бактерий. (Фото CNRI.)
Три нуклеотида (кодоны) в РНК кодируют одну аминокислоту, встраивающуюся в растущую молекулу белка. Но в генетическом коде есть особые тройки нуклеотидов, которые не соответствуют никакой аминокислоте, а обозначают начало и конец синтеза. Их называют старт- и стоп-кодонами. Если из-за мутации где-нибудь в середине гена возникнет стоп-кодон, это приведёт к преждевременной остановке синтеза и появлению укороченного белка. Функционировать такой белок будет плохо (если вообще будет). При этом стоит помнить, что около трети генетических недугов имеют причиной именно такую мутацию, приводящую к преждевременной остановке синтеза белка.
Учёным удалось создать систему, позволяющую превращать стоп-кодон обратно в кодирующий прямо в молекуле транспортной РНК. В качестве модельного объекта были использованы дрожжи, а основным инструментом послужила молекула РНК другого типа — так называемая ведущая РНК (guide RNA). Эти РНК участвуют в естественном процессе редактирования матричных РНК, который происходит у трипаносом: одним концом они связываются с мРНК, а второй служит для целенаправленной замены одной генетической буквы на другую. Исследователи смогли так модифицировать ведущие РНК, чтобы они распознавали нужный им фрагмент в матричной РНК, подлежащий редактированию.
Но будут ли такие редактирующие РНК работать у дрожжей? К счастью, ведущие РНК сработали как надо — и в искусственной системе, и в живых дрожжах. Исследователи мутировали у дрожжей ген белка, ответственного за утилизацию меди, — у таких дрожжей синтезировалась укороченная версия белка, и они не могли жить на обогащённой медью среде. После применения редактирующих РНК белок в дрожжах обретал свой нормальный размер, и грибы могли утилизировать ионы меди.
Учёные особо подчёркивают, что их метод позволяет исправлять ошибки с высокой специфичностью: РНК заменяют нуклеотидную букву только в строго определённом месте матрицы.
Трудно сказать, пройдёт ли тот же фокус с человеком, однако рочестерцы готовы спорить, что их метод оправдает себя и у высших организмов. Если так, то это позволит излечивать такие недуги, как муковисцидоз, мышечная дистрофия и многие формы рака, обнаружение которых в большинстве случаев приравниваются к смертному приговору.