Новые гены в клетки вносят с помощью вирусов. Но часто они слишком малы, чтобы вместить всю нужную ДНК и другие молекулы. Поэтому биологи изменили фаг Т4, способный нести намного больше полезного груза, «научив» его доставлять в человеческие клетки самые длинные гены.
Вирусы, заражающие бактерий и совершенно безвредные для человека, — фаги — активно используются при генной модификации клеток в науке и медицине. Однако их размеры так невелики, что не всегда позволяют разместить все нужное. Для решения этой проблемы биологи из Католического университета Америки получили «усовершенствованный» фаг Т4, способный нести примерно в 20 раз больше ДНК, чем обычные вирусы, плюс дополнительные молекулы, необходимые для генной модификации. Статья об этом опубликована в журнале Nature Communications.
Генная терапия позволяет избавить пациентов от целого ряда тяжелейших наследственных заболеваний за счет удаления дефектных генов и замены их на новые. Для этого используют специальным образом модифицированные вирусы, несущие нужные фрагменты ДНК и инструменты для их встраивания в хромосомы человека. Но удается это далеко не всегда.
Например, при миодистрофии Дюшенна требуется внести в клетку здоровый ген белка дистрофина, длина которого превышает 11 тысяч пар оснований. Цепочка ДНК таких размеров элементарно не помещается внутрь вирусных частиц. Используемые для этого аденовирусы и лентивирусы способны принять фрагменты длиной порядка 5-10 тысяч пар оснований. В итоге медикам зачастую приходится изворачиваться, разделяя исходный ген на части, которые вносятся по отдельности и снова соединяются уже на месте.
Поэтому Венигалла Рао (Venigalla Rao) и его коллеги решили модифицировать фаги Т4, которые широко используются в биологии и медицине и прекрасно изучены. Они состоят из белковой «головки», несущей генетическую информацию, и ствола с отростками, который нужен для заражения. Сами головки имеют размеры 120 на 86 нанометров и вмещают двухцепочечную молекулу ДНК длиной до 171 тысячи пар нуклеотидов. Однако фаги Т4 специализируются на бактериях, таких как кишечная палочка. Поэтому заражать человека и вносить свой груз внутрь его клеток они не могут.
Чтобы дать им такую способность, ученые получили пустые головки вирусов Т4, поместили в них целевую нагрузку, а затем покрыли дополнительным слоем липидов, благодаря которому фаги смогли проникать в клетки человека. Биологи испытали эти частицы в экспериментах на клеточных культурах, успешно внеся в них ген дистрофина и показав, что в результате те начинают производить здоровый белок. Другие опыты продемонстрировали возможность вносить одновременно несколько генов и все, что необходимо для их встраивания в ДНК реципиента.
Венигалла Рао и его соавторы подчеркнули, что их технология подготовки вирусных частиц оказалась проще и дешевле, чем используемые сегодня методы. Тем не менее им еще предстоит показать, что такие фаги эффективно работают на уровне не только клеточных культур, но и целого организма.
Автор: Сергей Васильев