CRISPR-инженерные цыплята противостоят гриппу
Однако изменения в одном гене птиц не могут полностью остановить инфекцию.
В течение трех десятилетий Хелен Санг, генетик из Института Рослин Эдинбургского университета, занималась исследованием геномов кур, пытаясь сделать их устойчивыми к вирусам гриппа, которые периодически опустошают стада и вызывают опасения по поводу пандемии среди людей. Сейчас, когда особенно вирулентный штамм птичьего гриппа поражает домашнюю и дикую птицу по всему миру, Санг добилась первого серьезного успеха. Используя генный редактор CRISPR и недавно полученные данные о том, что делает домашнюю птицу уязвимой к гриппу, Санг и коллеги из трех других институтов создали кур, способных противостоять реальным дозам вируса птичьего гриппа.
Результат, опубликованный вчера в журнале Nature Communications, - это "долгожданное достижение", - говорит Иржи Гейнар, вирусолог из Института молекулярной генетики Чешской академии наук, чья группа в 2020 г. показала, что цыплята с CRISPR-редактированием могут противостоять вирусу, вызывающему рак. Однако фермеры не собираются в ближайшее время выращивать цыплят, защищенных от гриппа. Отредактированные птицы все равно заражаются при контакте с большими дозами вируса гриппа. И эта стратегия вызывает озабоченность с точки зрения безопасности: куры, отредактированные таким образом, теоретически могут стимулировать эволюцию вариантов гриппа, лучше инфицирующих людей. "То, что мы продемонстрировали, является доказательством концепции", - утверждает Венди Барклай вирусолог из Имперского колледжа Лондона, работавшая над новым исследованием. "Но мы еще не достигли цели".
Исследователи сосредоточили внимание на гене, который, как показала лаборатория Барклай в 2016 году, является ключевым для того, чтобы вирусы птичьего гриппа могли размножаться в куриных, но не в обычных человеческих клетках. Этот ген кодирует белок ANP32A, который обычно играет роль в транскрипции ДНК в мессенджерную РНК. В курином ANP32A на 33 аминокислоты больше, чем в человеческом варианте, и фермент птичьего гриппа, называемый полимеразой, может использовать его для создания новых вирионов.
Три года спустя исследователи обнаружили, что у кур есть второй ген того же белка - ANP32B, который лишен этой уязвимости. Вирус не может использовать его белок, поскольку он отличается от ANP32A двумя аминокислотами. Поэтому в новой работе с помощью CRISPR в ген ANP32A были внесены мутации в примордиальные зародышевые клетки курицы, что позволило вывести цыплят с нужными мутациями. Измененные птицы оказались здоровыми.
Чтобы проверить, насколько они способны противостоять инфекции, исследователи впрыснули вирус птичьего гриппа в ноздри 20 двухнедельных цыплят, только половина из которых имела модифицированный ген. Все птицы дикого типа заразились, но лишь одна из 10 генетически измененных. Как показала дальнейшая работа, эта инфицированная птица не передавала вирус другим птицам с геном устойчивости.
Ван Сяоцзюнь, вирусолог из Харбинского ветеринарного научно-исследовательского института Китайской академии сельскохозяйственных наук, который помог выяснить роль генов ANP32 в развитии птичьего гриппа, называет полученные результаты концептуально значимыми. Однако он отмечает, что вирусы гриппа часто мутируют в обход ограничений, накладываемых клетками хозяина. Именно это и произошло в других экспериментах с генно-модифицированными цыплятами. Когда исследователи вводили им 1000-кратные дозы вируса, все они заражались. Однако инфекция развивалась медленнее и достигала более низких уровней, чем у птиц дикого типа. И даже заразившись, птицы с генной модификацией гораздо реже распространяли вирус среди кур дикого типа, а птицы с генной модификацией оставались устойчивыми к вирусу.
Однако анализ вирусов, выросших на модифицированных птицах, выявил нечто более тревожное: мутации в генах их полимераз. Мутации позволили ферменту по-прежнему получать некоторую помощь от отредактированного белка ANP32A, а также от ANP32B и третьего представителя того же семейства - ANP32E, который, как и ANP32B, обычно не играет никакой роли в репликации вируса гриппа.
Вирусолог Сандер Херфст из Медицинского центра Университета Эразма считает, что существует "высокая вероятность" того, что если мутантные вирусы возникнут в результате редактирования генов у кур, то они будут лучше адаптированы и к млекопитающим. "Необходима герметичная система, чтобы вирус не смог вырваться во внешнюю среду", - считает Херфст, который проследил, как вирусы птичьего гриппа могут эволюционировать, чтобы передаваться между млекопитающими.
По мнению других исследователей, ответ на этот вопрос заключается в использовании новых технологий CRISPR. "Дополнительное редактирование генов семейства ANP может устранить риск побега и адаптации вируса", - говорит Дже Йонг Хан, молекулярный генетик домашней птицы из Сеульского национального университета. С ним согласна и команда из Великобритании. "Главный вывод нашей работы - использовать многократное редактирование", - отмечает Барклай.
Барклай и соавторы показали в экспериментах in vitro, что даже высокопатогенный вирус гриппа не может инфицировать куриные клетки, если в них отсутствуют все три гена ANP32. Однако полное уничтожение всех этих генов, скорее всего, нанесет вред здоровью кур, поскольку эти белки играют важную роль в развитии и плодовитости. Теперь задача состоит в том, чтобы найти небольшие мутации в других генах ANP32, которые бы лучше защищали от вирусной полимеразы, но при этом позволяли белкам функционировать.
Даже если редактирование генома позволит полностью защитить птиц без ущерба для их здоровья, созданные куры столкнутся с проблемами в области государственного контроля, прежде чем они появятся на рынке. Поскольку небольшие генные правки, вносимые с помощью CRISPR, имитируют уже существующие в природе мутанты, регуляторные барьеры будут ниже, чем при использовании более ранних подходов, в которых вводились совершенно новые гены или смешивались геномы разных видов.
Однако курам с CRISPR придется завоевывать и потребителей, считает Алево Идоко-Акох, ветеринар из Нигерии, работающий сейчас в Рослинском институте и являющийся первым автором статьи. "Недостаточно просто разработать технологию - необходимо сделать это так, чтобы она была приемлемой с точки зрения культурных особенностей".
