Технологии редактирования генома буквально перевернули наши возможности в медицине (в терапии болезней), сельском хозяйстве (в повышении урожайности сельхозкультур или выведении новых пород животных и сортов растений, устойчивых к определенным болезням или имеющих определенные наперед заданные признаки), биоинженерии и фармакологии (например, в производстве вакцин). Человечество получило возможность таргетированно вмешиваться в геном эукариот, а самое главное – млекопитающих, включая себя самого.

Наиболее часто применяемые нструменты генных биомодификаций включают в себя:

1) мегануклеазы;

2) цинк-фингерные нуклеазы;

3) активатор-подобные эффекторные нуклеазы транскрипции; и

4) технологию CRISPR/Cas.

На рис. 1 приведено сравнение принципов функционирования этих инструментов.

Методика CRISPR/Cas9 в настоящее время представляет собой наиболее широко применяемую технологию редактирования генома изо всех CRISPR/Cas. По мнению многих исследователей, эта методика входит в десятку наиболее прорывных биотехнологий XX–XXI века. За большой вклад в развитие данного инструмента в 2020 году Даудна и Шарпентье получили Нобелевскую премию. Впоследствии Даудна напишет в соавторстве со Стернбергом знаменитую книгу «Трещина в мироздании. Редактирование генома: невероятная технология, способная управлять эволюцией».

Развитие редактирования генома прошло ряд веховых этапов начиная с 1950-ых годов по настоящее время (рис. 2).

Несмотря на исключительную важность открывшейся возможности редактирования генома как для совершенствования теоретического знания в биологии, так и в практическом применении, а также на наличие уже многих тысяч публикаций на эту тему, до сих пор существует крайне мало обзоров литературы, посвященных систематизации разнородной библиографии, посвященной данной теме.

Рассматриваемый нами обзор китайских авторов как раз представляет собой подобную попытку.

Авторы изучили 13 980 научных статей, опубликованных с 1999 года по 19 января 2022 года и набранных из базы WOS. Критерии отбора были следующими: язык публикации – английский. Тип публикации – статья или обзор. Для анализа и визуализации использовались программы Citespace и Scimago Graphica.

В обзоре указывается, что революционная технология CRISPR/Cas вызвала настоящий шквал публикаций по всему миру. В самом деле, как видно из рис. 3, количество статей, касающихся CRISPR/Cas9, в несколько раз превосходит число статей, посвященных другим генетическим биоинженерным технологиям.

Авторы отмечают, что помимо Cas9, для редактирования генома в технологии CRISPR/Cas могут использоваться и другие нуклеазы Cas. Так, в 2015 году была открыта Cas12а, в 2016 году Сas13a, в 2017 г. Cas13b и в 2018 г. Cas13d, соответственно. Все они могут использоваться как для конкретных узкоспециализированных задач, так и для совершенствования самой технологии CRISPR/Cas.

Например, в 2018 г. Даудна использовала Cas12a для идентификации вирусной ДНК. Этот же фермент показал себя перспективным для повышения содержания жирных кислот в соевых бобах после таргетированной мутации генов FAD2-1A и FAD2-1B.

Также CRISPR/Cas12a был использован для модификации генома бактерии Corynebacterium glutamicum, используемой в промышленности для широкомасштабного производства аминокислот.

Технологии CRISPR/Cas13a, CRISPR/Cas13b и CRISPR/Cas13d успешно опробованы для генного модифицирования вирусов Денге, Зика, SARS-CoV и SARS-CoV-2 с целью получения вакцин против оных.

Авторы описывают еще один важный прорыв в технологии CRISPR, а именно редактор оснований (base editor). В 2017–2020 годах были разработаны так называемые редакторы адениновых оснований, праймовые редакторы и редакторы DddA-производных цитозиновых оснований. Методика CRISPR с редакторами оснований уже эффективно применяется в промышленности, сельском хозяйстве и здравоохранении.

В качестве отдельной проблемы авторы обзора выделяют абсолютно недостаточное правовое регулирование технологий редактирования генома практически во всех странах мира. Они установили сильную корреляцию между динамикой роста публикаций, посвященных непосредственно технологиям, и динамикой роста статей, в которых обсуждаются вопросы правового или этического поля (рис. 4).

В заключение своего обзора, китайские авторы отмечают, что современные технологии редактирования генома, даже наиболее успешно применяемые, не лишены технических недостатков, на которые обращает внимание все большее количество исследователей.

В ближайшие годы ожидается как совершенствование уже существующих методов редактирования генома, так и вероятное появление новых технологий. Помимо этого, требуется всестороннее осмысление социальных, легальных, этических и религиозных аспектов применения данных технологий, чтобы они использовались по назначению и хотя бы внешне с благовидными целями, а не стали уделом торговцев на черном рынке, тайных заказчиков и подпольных биолабораторий.