Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року)

Нобелівську премію з хімії у 2020 р. присуджено двом дослідницям у галузі молекулярної біології — француженці Еммануель Шарпантьє (Emmanuelle Charpentier), яка нині очолює Відділення наук про патогени при Товаристві Макса Планка в Берліні, та американці Дженніфер Дудні (Jennifer Doudna) з Каліфо...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2020
Автори:	Комісаренко, С.В., Романюк, С.І.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2020
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	Статті та огляди
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/174302
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року) / С.В. Комісаренко, С.І. Романюк // Вісник Національної академії наук України. — 2020. — № 12. — С. 31-49. — Бібліогр.: 76 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-174302
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1743022021-01-13T01:25:55Z Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року) Комісаренко, С.В. Романюк, С.І. Статті та огляди Нобелівську премію з хімії у 2020 р. присуджено двом дослідницям у галузі молекулярної біології — француженці Еммануель Шарпантьє (Emmanuelle Charpentier), яка нині очолює Відділення наук про патогени при Товаристві Макса Планка в Берліні, та американці Дженніфер Дудні (Jennifer Doudna) з Каліфорнійського університету в Берклі — за «розвиток методу редагування геному». У пресрелізі Нобелівського комітету зазначено, що лауреатки відкрили один з найпотужніших інструментів генної технології — CRISPR/Cas9, або так звані «генетичні ножиці». Цей метод сприяв отриманню у фундаментальних дослідженнях багатьох важливих результатів. Зокрема, дослідники рослин змогли створити культури, стійкі до цвілі, шкідників та посухи. У медицині тривають клінічні випробування нових методів лікування раку, а мрія про те, щоб вилікувати спадкові захворювання, ось-ось стане реальністю. «Генетичні ножиці» вивели науки про життя на новий етап розвитку і дають людству величезну користь. The Nobel Prize in Chemistry in 2020 was awarded to two researchers in the field of molecular biology: French Emmanuelle Charpentier, who currently heads the Max Planck Unit for the Science of Pathogens (Berlin, Germany), and American Jennifer Doudna of the University of California (Berkeley, CA, USA) “for the development of a method for genome editing.” The press release of the Nobel Committee states that the winners have discovered one of the most powerful tools of genetic technology, CRISPR/Cas9, or so-called “genetic scissors.” This method has helped to obtain many important results in basic research. In particular, plant researchers have been able to create crops that are resistant to mold, pests and drought. In medicine, clinical trials of new methods of cancer treatment are underway, and the dream of curing hereditary diseases is about to become a reality. “Genetic scissors” have brought the life sciences to a new stage of development and are of great benefit to mankind. 2020 Article Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року) / С.В. Комісаренко, С.І. Романюк // Вісник Національної академії наук України. — 2020. — № 12. — С. 31-49. — Бібліогр.: 76 назв. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2020.12.031 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/174302 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Статті та огляди Статті та огляди
spellingShingle	Статті та огляди Статті та огляди Комісаренко, С.В. Романюк, С.І. Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року) Вісник НАН України
description	Нобелівську премію з хімії у 2020 р. присуджено двом дослідницям у галузі молекулярної біології — француженці Еммануель Шарпантьє (Emmanuelle Charpentier), яка нині очолює Відділення наук про патогени при Товаристві Макса Планка в Берліні, та американці Дженніфер Дудні (Jennifer Doudna) з Каліфорнійського університету в Берклі — за «розвиток методу редагування геному». У пресрелізі Нобелівського комітету зазначено, що лауреатки відкрили один з найпотужніших інструментів генної технології — CRISPR/Cas9, або так звані «генетичні ножиці». Цей метод сприяв отриманню у фундаментальних дослідженнях багатьох важливих результатів. Зокрема, дослідники рослин змогли створити культури, стійкі до цвілі, шкідників та посухи. У медицині тривають клінічні випробування нових методів лікування раку, а мрія про те, щоб вилікувати спадкові захворювання, ось-ось стане реальністю. «Генетичні ножиці» вивели науки про життя на новий етап розвитку і дають людству величезну користь.
format	Article
author	Комісаренко, С.В. Романюк, С.І.
author_facet	Комісаренко, С.В. Романюк, С.І.
author_sort	Комісаренко, С.В.
title	Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року)
title_short	Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року)
title_full	Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року)
title_fullStr	Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року)
title_full_unstemmed	Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року)
title_sort	перспективи редагування геному за допомогою crispr/cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (нобелівська премія з хімії 2020 року)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2020
topic_facet	Статті та огляди
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/174302
citation_txt	Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року) / С.В. Комісаренко, С.І. Романюк // Вісник Національної академії наук України. — 2020. — № 12. — С. 31-49. — Бібліогр.: 76 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT komísarenkosv perspektiviredaguvannâgenomuzadopomogoûcrisprcasaboâkopanuvatigenetičnínožicínobelívsʹkapremíâzhímíí2020roku AT romanûksí perspektiviredaguvannâgenomuzadopomogoûcrisprcasaboâkopanuvatigenetičnínožicínobelívsʹkapremíâzhímíí2020roku
first_indexed	2025-07-15T11:14:32Z
last_indexed	2025-07-15T11:14:32Z
_version_	1837711305311518720
fulltext	ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2020, № 12 31 doi: https://doi.org/10.15407/visn2020.12.031 ПЕРСПЕКТИВИ РЕДАГУВАННЯ ГЕНОМУ ЗА ДОПОМОГОЮ CRISPR/CAS, АБО ЯК ОПАНУВАТИ «ГЕНЕТИЧНІ НОЖИЦІ» Нобелівська премія з хімії 2020 року Нобелівську премію з хімії у 2020 р. присуджено двом дослідницям у галузі молекулярної біології — француженці Еммануель Шарпантьє (Emmanuelle Charpentier), яка нині очолює Відділення наук про патогени при Товаристві Макса Планка в Берліні, та американці Дженніфер Дудні (Jennifer Doudna) з Каліфорнійського університету в Берклі — за «розвиток методу редагу- вання геному». У пресрелізі Нобелівського комітету зазначено, що лауре- атки відкрили один з найпотужніших інструментів генної технології — CRISPR/Cas9, або так звані «генетичні ножиці». Цей метод сприяв отриманню у фундаментальних дослідженнях багатьох важливих резуль- татів. Зокрема, дослідники рослин змогли створити культури, стійкі до цвілі, шкідників та посухи. У медицині тривають клінічні випробування нових методів лікування раку, а мрія про те, щоб вилікувати спадкові за- хворювання, ось-ось стане реальністю. «Генетичні ножиці» вивели науки про життя на новий етап розвитку і дають людству величезну користь. 7 жовтня 2020 р. у Стокгольмі в рамках 119-го нобелівського тижня Нобелівський комітет при Каролінському медичному інституті оголосив імена лауреатів Нобелівської премії з хі- мії. За традицією напередодні нобелівського тижня компанія Clarivate Analytics опублікувала список найбільш імовірних претендентів на цю нагороду, який вона визначає за результа- тами аналізу кількості цитувань [1]. На найвищій сходинці рейтингу опинилися троє вчених, які зробили значний внесок у дослідження нанокристалів, зокре- ма синтезували нанокристали з певними властивостями для широкого спектру застосувань у фізичних, біологічних та ме- дичних системах. Так, Техван Хен (Taeghwan Hyeon) з Націо- нального університету Сеула (Корея) винайшов новий спосіб створення нанокристалів перехідних металів, які можна засто- совувати, наприклад, як контрастну речовину для магнітно- резонансної томографії. Маунг Бавенді (Moungi G. Bawendi) з Массачусетського технологічного інституту (США) спеціалі- КОМІСАРЕНКО Сергій Васильович — академік НАН України, директор Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України РОМАНЮК Світлана Іванівна — кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України 32 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2020. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ зується на квантових точках — мікроскопічних напівпровідниках з особливими спектроско- пічними властивостями. Нарешті, Крістофер Мюррей (Christopher B. Murray) з Університе- ту Пенсильванії (США) займається вдоскона- ленням властивостей нанокристалів, зокрема підвищенням їх провідності. Нагороду пророкували також двом амери- канським вченим: Джону Хартвігу (John F. Hartwig) з Каліфорнійського університету в Берклі та Стівену Бухвальду (Stephen L. Bu- chwald) з Массачусетського технологічного інституту, які відкрили реакцію амінування Бухвальда–Хартвіга, в результаті якої утворю- ються вуглець-азотні зв’язки внаслідок реак- цій сполучення амінів з арилгалогенідами, що каталізуються паладієм. Цей метод виявився дуже корисним для синтезу в лабораторних умовах багатьох природних алкалоїдів. Третім за списком претендентом на Нобелів- ську премію з хімії у 2020 р. вважали Макото Фудзіта (Makoto Fujita) з Токійського універ- ситету (Японія) — фахівця з супрамолекуляр- ної хімії комплексних сполук. Зокрема, він до- сліджує самозбирання тривимірних конструк- цій з органічних молекул, скріплених атомами металу, які можуть слугувати «молекулярни- ми контейнерами» для інших речовин. Останнім часом «класичні» хіміки скар- жаться на те, що Нобелівську премію з хімії все частіше присуджують за дослідження на стику традиційних біологічних дисциплін, зо- крема вченим, які працюють у галузі біохімії, молекулярної біології та імунології. Так стало- ся і цього року. Лауреатами 112-ї Нобелівської премії з хімії стали дві дослідниці, що працю- ють у галузі молекулярної біології: францу- женка Еммануель Шарпентьє (Emmanuelle M. Charpentier) з Відділення наук про пато- гени при Товаристві Макса Планка в Берліні (Max Planck Unit for the Science of Pathogens) та американка Дженніфер Дудна (Jennifer A. Doudna) з Каліфорнійського університе- ту в Берклі. Генеральний секретар Шведської королівської академії наук Йоран Ханссон оголосив мотивування рішення про нагоро- дження: вчені були удостоєні цієї престижної нагороди за «розроблення методу редагуван- ня геному». Згідно з офіційним пресрелізом, лауреати «відкрили один з найпотужніших інструментів генної технології — «генетичні ножиці» CRISPR/Cas9. Використовуючи їх, дослідники можуть змінювати ДНК тварин, рослин, мікроорганізмів, інших живих істот досить просто та з надзвичайно високою точ- ністю. Ця технологія здійснила революційний вплив на науки про життя, знайшла застосу- вання у нових методах лікування раку і може здійснити мрію про лікування спадкових за- хворювань» [2]. У 2020 р. розмір Нобелівської премії становить 10 млн шведських крон, або $1,1 млн. Дженніфер Дудна і Еммануель Шарпентьє у 2012 р. здійснили справжній прорив у науці і, безперечно, заслуговують на нагороду, яку че- кали протягом останніх восьми років. До речі, компанія Clarivate Analytics пророкувала їм Нобелівську премію з хімії ще у 2015 р. Од- нак Нобелівський комітет тривалий час не по- спішав приймати це рішення, ймовірно, через багаторічні патентні війни та судову тяганину за авторство між різними групами вчених, які зробили свій внесок у розроблення техноло- гії CRISPR-Cas. У березні 2020 р. у журналі «Вісник НАН України» вийшла наша стаття «Редагування геному, або CRISPR/Cas9 — панацея від багатьох невиліковних хвороб чи перший крок до генного апокаліпсису?» про основні напрями використання технології CRISPR-Cas та етичні проблеми, що виникли з появою цієї технології і спричинили бурхли- ві дискусії у суспільстві [3]. У цій публікації за пів року було передбачено схвальне рішення Нобелівського комітету (хто знає, можливо, вона і посприяла його прийняттю). Тому в цій статті ми лише коротко розглянемо значення відкриття CRISPR-Cas, підсумуємо досягнен- ня цієї технології в різних галузях та оцінимо перспективи її розвитку в майбутньому. Отже, познайомимося ближче з нобелів- ськими лауреатами з хімії 2020 р. 51-річна професор Еммануель Шарпентьє зараз очолює Відділення наук про патогени при Товаристві Макса Планка в Берліні. ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2020, № 12 33 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Еммануель Шарпентьє народилася 11 груд- ня 1968 р. у Франції, в м. Жувізі-сюр-Орж (передмістя Парижа). Її батько був відпо- відальним за міські зелені насадження і на- вчив доньку латинських назв багатьох рослин. Мати була директором психіатричної лікарні. Батьки підтримували інтерес дівчинки до на- уки, і після закінчення школи вона вступила до Університету П’єра та Марії Кюрі у Парижі для вивчення біохімії, мікробіології та генети- ки (сьогодні це факультет природничих наук Університету Сорбони). У 1991 р. Е. Шар- пентьє здобула ступінь бакалавра з біохімії та оголосила батькам про свій намір навчатися в аспірантурі Інституту Пастера, що їх анітрохи не здивувало. Виявляється, ще в 12 років Ем- мануель заявляла, що буде там працювати. Так і сталося: в 1995 р. в Інституті Пастера Е. Шар- пентьє захистила дисертацію з мікробіології, присвячену дослідженню молекулярних меха- нізмів стійкості до антибіотиків. У 1996 р. Еммануель Шарпентьє переїхала до США, де протягом наступних п’яти років була науковим співробітником у трьох нью- йоркських установах. Протягом року вона працювала у Рокфеллерівському університе- ті в лабораторії мікробіолога Елейн Туоманен (Elaine Tuomanen), де було відкрито механізм стійкості до антибіотику ванкоміцину у Strep- tococcus pneumoniae, який використовує мо- більні генетичні елементи для зміни свого ге- ному. У 1997–1999 рр. Е. Шарпентьє працюва- ла асистентом наукового співробітника в Ме- дичному центрі Лангона при Нью-Йоркському університеті в лабораторії Памели Ковін (Pa- mela Cowin), де займалася дослідженням клі- тин шкіри у генетично-модифікованих ссавців, зокрема вивчала механізми регулювання росту волосся у мишей. У 1999–2002 рр. Еммануель була науковим співробітником у Дитячій до- слідницькій лікарні Сент-Джуд у Мемфісі (штат Теннессі) і в Інституті біомолекулярної медицини Скірболла у Нью-Йорку. Потім Еммануель Шарпентьє повернулася до Європи, де у 2002–2004 рр. працювала за- відувачем лабораторії та запрошеним профе- сором Інституту мікробіології та генетики Ві- денського університету (Австрія). Тут у 2004 р. вона відкрила молекули РНК, які регулюють синтез фактора вірулентності у Streptococcus pyogenes. У 2004–2006 рр. була доцентом кафе- дри мікробіології та імунобіології, а в 2006 р. стала приват-доцентом мікробіології та здо- була кваліфікаційне підтвердження в Центрі молекулярної біології. В 2006–2009 рр. Ем- мануель Шарпентьє, продовжуючи керувати лабораторією, працювала також професором Лабораторій Макса Ф. Перуца. Потім Е. Шарпентьє переїхала до Швеції на посаду професора і завідувача Лаборато- рії медицини молекулярних інфекцій Швеції (MIMS) в Університеті Умео. Саме тут у 2011– 2012 рр. вона зробила свої головні відкриття, що стосувалися CRISPR/Cas9. Еммануель Шарпентьє була керівником групи в Універси- теті Умео у 2008–2013 рр. і запрошеним про- фесором у 2014–2017 рр. А в 2013 р. вона пе- реїхала до Німеччини, де до 2015 р. працювала професором і завідувачем відділу в Центрі до- сліджень інфекційних захворювань ім. Гельм- гольца у Брауншвейзі та у Ганноверській ме- дичній школі. У 2015 р. Еммануель Шарпентьє прийняла пропозицію німецького Товариства Макса Планка стати науковим членом това- риства та директором Інституту інфекційної біології ім. Макса Планка у Берліні. З 2016 р. вона є почесним професором Університету Еммануель Марі Шарпентьє (Emmanuelle Charpentier) 34 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2020. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Гумбольдта у Берліні, а з 2018 р. — директо- ром Відділення наук про патогени Товариства Макса Планка (Max Planck Unit for the Science of Pathogens). Еммануель Шарпентьє є членом Європейської організації молекулярної біо- логії (з 2014 р.), Німецької академії наук Ле- опольдіна (з 2015 р.), Берлін-Бранденбурзької академії наук, Австрійської академії наук, Ко- ролівської шведської академії наук (з 2016 р.), Національної академії наук США, Національ- ної академії технологій Франції, Французької академії наук (з 2017 р.), Європейської акаде- мії наук і мистецтв (з 2018 р.). У 2013 р. Еммануель Шарпентьє стала спів- засновником компаній CRISPR Therapeutics та ERS Genomics [5]. 56-річна Дженніфер Дудна є нині професо- ром біохімії та молекулярної біології у Калі- форнійському університеті в Берклі (США). Дженніфер Дудна народилася 19 лютого 1964 р. в м. Вашингтон (округ Колумбія) у сім’ї Мартіна Кірка Дудни і Дороті Джейн (Ві- льямс). Її батько здобув ступінь доктора ан- глійської літератури в Університеті Мічигану в Енн-Арборі, а мати була домогосподаркою, хоча й мала ступінь магістра в галузі освіти. Коли Дженніфер виповнилося сім років, сім’я переїхала на острів Гаваї, оскільки батько піс- ля захисту дисертації отримав посаду викла- дача американської літератури в Гавайському університеті у м. Хіло. Мати здобула в універ- ситеті другу освіту (ступінь магістра з історії Азії) і викладала історію в коледжі місцевих громад. Перебуваючи на Гаваях, Дженніфер Дудна була зачарована красою природи ост- рова, його екзотичною флорою і фауною, що пробудило цікавість до вивчення біологічних механізмів життя. Батько наповнив будинок науково-популярною літературою і з задово- ленням читав Дженніфер про науку. Коли вона навчалася у шостому класі, він подарував їй книгу Джеймса Уотсона 1968 р. про відкриття структури ДНК «Подвійна спіраль», яка її на- дихнула. До вибору професії науковця Джен- ніфер також підштовхнули розповіді вчителя хімії, робота під час літніх канікул у лабора- торії відомого міколога Дона Хеммеса (Don Hemmes) у Гавайському університеті, а також лекції співробітниці онкологічного центру Го- нолулу про дослідження ракових клітин. У 1981 р. Дженніфер закінчила середню школу в Хіло і вступила до коледжу Помона в Клермонті (штат Каліфорнія). На другому курсі Дженніфер почала сумніватися у влас- них здібностях до науки і захотіла все покину- ти заради вивчення французької мови, однак вчителі відмовили її. Перші наукові дослідження Дженніфер Дуд- на виконувала в лабораторії професора Шарона Панасенка (Sharon Panasenko). У 1985 р. вона здобула ступінь бакалавра біохімії та вступила до аспірантури Гарвардської медичної школи, яку закінчила у 1989 р., захистивши під керів- ництвом Джека Шостака (Jack W. Szostak) дисертацію, присвячену розробленню систе- ми, яка підвищує ефективність самовідтворю- вальної каталітичної РНК. У 1989–1991 рр. Дж. Дудна працювала в Массачусетській лікарні загального профілю та у Гарвардській медичній школі в Бостоні (штат Массачусетс), у 1991–1994 рр. — в Уні- верситеті Колорадо у Боулдері разом із Тома- сом Чехом (Thomas Cech), який отримав Но- белівську премію з хімії у 1989 р. за відкриття каталітичних властивостей РНК. На початку своєї наукової кар’єри Дженні- фер Дудна досліджувала структуру та біоло- гічні функції РНК-ензимів, або рибозимів. Під час роботи в Університеті Колорадо вона по- знайомилася з молодшим на чотири роки аспі- рантом Джеймі Кейтом (Jamie Cate), який зго- дом став її чоловіком. У 1994 р. Дж. Дудна пе- рейшла до Єльського університету, де у 2000 р. отримала посаду професора молекулярної біо- фізики та біохімії. У 2000–2001 рр. вона була запрошеним професором хімії Гарвардського університету, а в 2002 р. перейшла на посаду професора біохімії та молекулярної біології Каліфорнійського університету в Берклі, де й зробила свої головні відкриття. Цікаво, що Дженніфер Дудна стала 25-м нобелівським лауреатом із Каліфорнійського університету в Берклі, причому ім’я 24-го, Райнгарда Генцеля (Reinhard Genzel), стало відоме днем раніше, ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2020, № 12 35 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ коли оголосили лауреатів Нобелівської премії з фізики. Зараз Дженніфер Дудна є президентом і головою правління Інноваційного інституту геноміки, який фінансується Фондом гон- конгського мільярдера Лі Ка-Шина (Li Ka- Shing) і створений спільно Каліфорнійським університетом у Берклі та Каліфорнійським університетом у Сан-Франциско. Вона обі- ймає посаду професора біомедицини та охо- рони здоров’я, є головою Дорадчого комітету з біології, співробітником Національної лабо- раторії імені Лоуренса в Берклі, дослідником Медичного інституту імені Говарда Х’юза, старшим науковим співробітником Інститу- ту Гладстона у Сан-Франциско та ад’юнкт- професором клітинної та молекулярної фар- макології Каліфорнійського університету в Сан-Франциско. Лабораторія Дж. Дудни пра- цює над механістичним розумінням біологіч- них процесів за участі РНК. Дженніфер Дудна є членом Національної академії наук США (з 2002 р.), Американської академії мистецтв і наук (з 2003 р.), Національ- ної медичної академії (з 2010 р.), Національної академії винахідників (з 2014 р.) та іноземним членом престижного Лондонського королів- ського товариства (з 2016 р.). Після відкриття у 2012 р. технології CRISPR Дж. Дудна стала співзасновником п’яти ком- паній, які займаються комерціалізацією техно- логії: Caribou Biosciences (2011), Editas Medi- cinea (2013), Intellia Therapeutics (2014), Mam- moth Biosciences (2017) та Scribe Therapeutics (2019) [4]. Обидві дослідниці — Еммануель Шарпентьє і Дженніфер Дудна — мають неймовірну кіль- кість наукових нагород (майже 40 кожна). Пе- релічимо тут лише спільні нагороди: • премія доктора Поля Янссена з біомедич- них досліджень (2014); • премія Габбая (2014); • премія за прорив у науках про життя (2015); • премія принцеси Астурійської (2015); • премія Грубера в галузі генетики (2015); • премія Мессрі (2015); • міжнародна премія канадського фонду Гайрднера (2016); • премія Пауля Ерліха та Людвіга Дарм- стедтера (2016); • премія Тан тайванської Академії Сініка (2016); • премія програми Human Frontier Science Program (HFSP) (2016); • премія Фонду BBVA «Рубежі знань» (2016); • премія Л’Ореаль–ЮНЕСКО для жінок у науці (2016); • премія Фонду Уоррена Альперта (2016); • премія Японії (2017); • премія медичного центру Олбані (2017); • премія Харві (2018); • премія Кавлі в галузі нанонауки (2018); • почесна медаль Американського онколо- гічного товариства (2018); • премія Вольфа з медицини (2020). Дженніфер Дудна та Еммануель Шарпентьє за версією журналу Foreign Policy у 2014 р. уві- йшли до сотні провідних світових мислителів, за версією журналу Time у 2015 р. — до сотні найвпливовіших людей світу, у 2016 р. отрима- ли звання «Людина року», а у 2018 р. увійшли до списку 50 найвидатніших жінок у галузі техніки, складеного журналом Forbes [4, 5]. Чому ж відкриття, яке зробили цьогорічні лауреати Нобелівської премії з хімії, визнане усім світом як революційне і надзвичайно важ- ливе? І що таке CRISPR/Cas9? Дженніфер Анна Дудна (Jennifer Anne Doudna) 36 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2020. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ У 50–70-х роках XX ст. було вже відомо, що бактерії використовують для боротьби з ві- русами спеціальні ензими — рестриктази (від лат. restrictio — обмеження), що розрізають вірусну ДНК і є специфічними до певної не- великої послідовності ДНК. Власну ДНК бак- терії захищають від рестриктаз за допомогою метилювання нуклеотидних залишків аденіну та цитозину. З відкриттям «зшиваючих» ензи- мів — ДНК-лігаз стало можливим створення штучних конструкцій з ДНК живих організ- мів. Так виникла нова галузь науки — генна ін- женерія, яка дала змогу створювати генно-мо- дифіковані організми (ГМО), рекомбінантні протеїни, індуковані стовбурові клітини тощо. Пізніше виявилося, що бактерії захищаються від вірусів не тільки за допомогою рестриктаз: у них є інший, більш специфічний механізм, який надає захист після зустрічі з певним ві- русом. Цей механізм реалізує система з до- сить громіздкою назвою CRISPR/Cas9, або криспер. Коли ДНК вірусу проникає в бактерію, від- бувається копіювання фрагменту цієї ДНК і перенесення його в спеціальне «сховище» інформації про віруси у власному геномі — CRISPR (акронім від англ. clustered regularly interspaced short palindromic repeats — короткі паліндромні повтори, регулярно розташова- ні групами). Тут зразки ДНК різних вірусів (спейсери) накопичуються між однаковими короткими повторами бактеріальної ДНК і використовуються для виготовлення CRISPR РНК — сrРНК (їх ще називають РНК-зондами або РНК-гідами), що специфічно розпізнають гени певних вірусів і зв’язуються з ними у разі повторного зараження. Завдяки сrРНК вірус- ну ДНК знаходять спеціальні ензими — проте- їни Cas (CRISPR-асоційовані протеїни), гени яких розміщені поруч з масивом CRISPR. Ці ензими, як і рестриктази, є ендонуклеазами, тобто вони здатні розрізати ДНК вірусу, зне- шкоджуючи її, тому їх називають «генетични- ми ножицями». Розглянемо, як працює ця система, на при- кладі CRISPR/Cas9. Після транскрипції маси- ву CRISPR утворюється довга молекула РНК, до якої приєднується невелика РНК, компле- ментарна повторам (tracrРНК). До tracrРНК приєднується та активується протеїн Cas9, до якого, у свою чергу, приєднується ензим РНКаза III, що розрізає довгу РНК на фраг- менти — сrРНК та від’єднується. Фактично в результаті розрізання довгої РНК утворюють- ся комплекси crРНК, tracrРНК і активованого протеїну Cas9. Спейсерна частина crРНК роз- пізнає комплементарну ділянку вірусної ДНК, а протеїн Cas9 замикається на двох нитках ДНК і «розрізає» їх, спричиняючи подальшу деградацію чужорідної ДНК [6]. Для успішно- го розпізнавання ДНК-«мішені» та її пошко- дження необхідно, щоб протеїн Cas9 розпізнав певну коротку (3–9 нуклеотидів) послідов- ність PAM (від англ. protospacer adjacent mo- tif — мотив, що примикає до протоспейсеру), яка відрізняється у різних бактерій і розміще- на поруч з розпізнаною crРНК ділянкою ДНК (див. рис.). Ймовірно, що розпізнавання PAM необхідне для захисту власних генів бактерії від розрізання системою CRISPR/Cas9, адже CRISPR містить 20 % спейсерів, націлених на власну ДНК [7]. Еммануель Шарпентьє і Дженніфер Дудна отримали Нобелівську премію за відкриття технології редагування геному за допомогою CRISPR/Cas9. Однак у сучасній науці вже не- можливо відкрити щось одноосібно. Історія відкриття, яке спричинило революцію в ген- ній інженерії, тривала 25 років, і багато вчених зробили у неї свій внесок. У 1987 р. група японських дослідників на чолі з Йосідзумі Ісіно (Yoshizumi Ishino) ра- зом з геном iap, який вони досліджували, ви- падково клонували досить великий фрагмент геному кишкової палички Escherichia coli, що не кодував жоден з протеїнів [8]. Це було дуже дивно, оскільки бактерії, як правило, не мають зайвих послідовностей. Ділянка складалася з послідовностей ДНК, що повторювалися, та варіабельних фрагментів ДНК між ними — спейсерів [9]. У 1993 р. науковці з Нідерландів під керівни- цтвом Яна ван Ембдена (Jan D.A. van Embden) дослідили різноманітність перериваних пря- ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2020, № 12 37 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ мих повторів серед різних штамів збудника ту- беркульозу (Mycobacterium tuberculosis) і роз- робили новий метод диференціювання штамів, який використовується й дотепер [10]. Пізніше іспанець Франсиско Хуан Марті- нес Мохіка (Francisco Juan Martínez Mójica) знайшов подібні ділянки в інших видів бакте- рій і архей та в 2000 р. запропонував об’єднати їх у родину під назвою SRSRs (від англ. short regularly spaced repeats — короткі регулярно розташовані повтори) [11], яку через два роки перейменували на CRISPR. Тоді ж, у 2002 р., група вчених з Нідерландів на чолі з Рууд Янсен (Ruud Jansen) відкрила гени протеїнів Cas, які були розташовані поруч з ділянкою CRISPR [12]. А в 2005 р. відразу три дослідницькі групи незалежно одна від одної з’ясували, що між по- вторами CRISPR часто є послідовності, іден- тичні послідовностям ДНК вірусів-бактеріо- фагів і плазмід [13–15]. Ці результати та припущення про виконан- ня CRISPR функції противірусного захисту не викликали тоді особливого інтересу. Все змінила наукова стаття, що вийшла в журналі Science в 2007 р. [16]. Її авторами були вчені на чолі з Філіпом Хорватом (Philippe Horvath) з компанії Danisco (США), яка виро- бляє відомі йогурти Danone (у 2011 р. її при- дбала компанія DuPont за $ 6,3 млрд). Справа в тому, що при виробництві кисломолочних продуктів є небезпека зараження молочно- кислих бактерій вірусами-бактеріофагами, що може призвести до величезних збитків. Тому в компанії Danisco вирішили відібрати для виробництва клони молочнокислих бактерій, стійких до вірусу. А оскільки компанія вико- ристовувала CRISPR для класифікації своїх комерційних штамів, то вчені одразу поміти- ли, що в ділянках CRISPR відібраних клонів з’являлися нові спейсери, які були тотожні ділянкам вірусного геному. Тоді дослідни- ки штучно вставили спейсер з послідовністю ДНК вірусу в ділянку CRISPR бактерії, що од- разу ж зробило її стійкою до вірусу. У 2007–2008 рр. було відкрито важливі де- талі механізму роботи CRISPR. Група під ке- рівництвом Джона ван дер Ооста (John van der Oost), наприклад, показала, що захист CRISPR реалізується через малі РНК [17]. Лучіано Марраффіні (Luciano A. Maraffinni) та Ерік Сонтгеймер (Erik J. Sontheimer) з Північ- но-Західного університету в Еванстоні (США) довели, що система CRISPR спрямована на розрізання ДНК [18]. Вони першими висло- вили думку про можливість використання CRISPR для редагування геному в гетероло- гічних системах і навіть подали заявку на па- тент, але через недостатність експерименталь- ного підтвердження врешті-решт відмовилися від нього [19]. Згодом стало відомо, що для виконан- ня захисної функції CRISPR необхідна вза- ємодія з багатьма протеїнами Cas, одні з яких зв’язуються з малими РНК, інші — розпізна- ють ДНК вірусу, а треті — розрізають її. Однак Еммануель Шарпентьє, яка тоді працювала в Університеті Умео (Швеція), виявила різно- вид системи CRISPR, який для повноцінного захисту потребував лише одного дуже вели- кого протеїну Cas — Cas9. У цей час Дженні- фер Дудна з Каліфорнійського університету в Берклі досліджувала функціонування системи CRISPR зі структурної точки зору. Механізм дії системи CRISPR/Cas9, який дозволяє використовувати її для редагування геномної ДНК (адаптовано за www.labiotech.eu) 38 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2020. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Е. Шарпентьє і Дж. Дудна познайомилися у 2011 р. на конференції в Пуерто-Рико. Вони зустрілися в кафе і під час прогулянки містом домовилися про співробітництво. Дж. Дудна, зацікавившись протеїном Cas9, намагалася відтворити роботу системи CRISPR/Cas9 у пробірці, але безуспішно. Того ж року Е. Шар- пентьє відкрила tracrРНК, що відіграє ви- рішальну роль у CRISPR-опосередкованому захисті від вірусів [6]. Після додавання до про- бірки tracrРНК Дж. Дудні нарешті вдалося домогтися розщеплення ДНК за допомогою системи CRISPR/Cas9. У 2012 р. Мартін Джі- нек (Martin Jinek) з групи Дженніфер Дудни об’єднав tracrРНК і crРНК в одну єдину моле- кулу ѕgРНК (від англ. single-guide RNA — єди- на РНК-гід) і створив вектор для клонуван- ня цієї РНК. Виявилося, що така синтетична ѕgРНК коректно працює в клітині у комплексі з протеїном Cas9. Тоді ж наукові групи Емма- нуель Шарпентьє і Дженніфер Дудни опублі- кували статтю в Science [20], в якій описали спосіб використання системи CRISPR/Cas9 для розрізання обраних дослідником ДНК- «мішеней» у клітині та в експериментах in vitro і продемонстрували можливість такого під- ходу. Майже одночасно з ними подібну стат- тю опублікувала група литовського біохіміка Віргініюса Шикшніса (Virginijus Siksnys) з Інституту біотехнології Вільнюського універ- ситету [21]. Цікаво, що В. Шикшніс отримав результат раніше, але його опублікування було затримано на пів року через безпідставне від- хилення статті журналом Cell. На початку 2013 р. групи Джорджа Черча (George Church) [22] і його колишнього ас- піранта Фена Чжана (Feng Zhang) [23] з Ін- ституту Броуд (Broad Institute of MIT and Harvard) у Кембриджі (штат Массачусетс) показали, що штучна crРНК і протеїн Cas9 повноцінно функціонують у клітинах вищих організмів. Практично водночас ефективність такого підходу було підтверджено вченими з Південної Кореї в експериментах із культурою клітин людини [24]. Одразу після цього всі забули про проблеми бактерій в їх непростій боротьбі з вірусами. Здавалося, що наукові та громадські видання «вибухнули» публікація- ми виключно на одну тему: про CRISPR/Cas9 як фантастичний інструмент для редагування геномів вищих організмів. Відкриття CRISPR/Cas9 зчинило справ- жній ажіотаж, адже ця технологія виявилася набагато кращою за попередні методи генної інженерії. Раніше, щоб створити ГМО, потріб- но було провести дуже копітку і тривалу робо- ту, відкидаючи значну кількість невдалих ва- ріантів. Технологія CRISPR/Cas9 запропону- вала простий спосіб вбудовувати ген-вставку в певну послідовність ДНК і дала можливість працювати в клітинах усіх організмів від бак- терій до ссавців. Систему CRISPR/Cas9 мож- на використовувати не лише в пробірці, як рестриктази, а й безпосередньо в живій кліти- ні. Можна одночасно редагувати необмежену кількість генів у геномі, а також вводити ком- поненти системи не тільки в окремі клітини, а й у різні тканини або весь організм. Звичайно, є інші інструменти для редагу- вання геному, а саме: мегануклеази, генно-ін- женерні протеїни TALEN (на основі домену ефектору, подібного до активатора транскрип- ції — TALE) і нуклеази з «цинковими пальця- ми» ZFN (що містять домен еукаріотичного фактора транскрипції). Проте застосування цих систем для редагування геному вимагає створення окремого штучного протеїну для кожної нової ДНК-мішені. На відміну від них, система CRISPR використовує універ- сальний протеїн Cas9, а змінювати необхідно лише ѕgРНК. Це набагато простіше і дешевше, оскільки будь-які РНК можна легко синтезу- вати. Ще однією перевагою системи CRISPR/ Cas9 є можливість застосування її до РНК, що надає більш гнучкі можливості для впливу на біохімічні процеси в клітині. Усвідомивши беззаперечні переваги CRISPR/Cas9, вчені всього світу кинулися використовувати технологію для редагуван- ня геномів вірусів, бактерій, рослин і тварин. Відкрилися практично безмежні перспективи створення ГМО для боротьби з хворобами, поліпшення порід сільськогосподарських тва- рин і сортів рослин, створення моделей для ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2020, № 12 39 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ вивчення генетичних захворювань людини та тварин, тестування нових методів лікування і навіть створення домашніх улюбленців. Технологія CRISPR/Cas9 здатна підвищи- ти ефективність сільського господарства та допомогти прогодувати зростаюче населення планети, зменшивши при цьому негативний вплив людини на навколишнє середовище. За останні чотири роки Міністерство сільського господарства США дало дозвіл на вирощу- вання шести організмів, модифікованих за до- помогою CRISPR, зокрема печериць садових (Agaricus bisporus), які позбавлені здатності темнішати при механічних ушкодженнях і втрачати товарний вигляд; рижію посівного (Camelina sativa) — олійної культури, що міс- тить більше омега-3 жирних кислот, а також стійкого до посухи сорту сої [25]. Дослідни- ки планують вирощувати курей, м’ясо яких не викликає алергії у людини, відновити чи- сельність медоносних бджіл, які потерпають у всьому світі від хвороб та паразитів, а також застосувати CRISPR для контролю статі сіль- ськогосподарських тварин. Однак, оскільки при редагуванні геному CRISPR може зміню- вати нецільові гени, висловлюється припущен- ня, що це може вплинути на здоров’я тварин, на склад м’яса та молока. Тому поки що спо- живачі вимагають обережності у застосуванні нових технологій для тварин, які є джерелом продуктів харчування [26]. Можливість модифікації геномів екзотич- них і маловивчених тварин спричинила «хви- лю» масового створення нових модельних організмів. У березні 2019 р. за допомогою CRISPR було створено першу генетично мо- дифіковану рептилію — коричневого аноліса (Anolis sagrei) [27]. Технологія CRISPR стала цінним інструментом фундаментальних дослі- джень, який дозволяє «вимикати» певні гени та встановлювати їх біологічну функцію в ор- ганізмі. Інактивувати ген без його пошкодження можна за допомогою CRISPR-інтерференції (CRISPRi). При застосуванні цього методу мутантний протеїн dCas9, в якого не функці- онують обидва нуклеазних центри, зв’язується з ДНК-мішенню і заважає просуванню РНК- полімерази, що приводить до припинення транскрипції [28]. Якщо до протеїну dCas9 «прив’язати» до- мен фактора транскрипції, який підвищує або знижує активність генів, можна безпосередньо впливати на функціонування генів і роботу всього організму. Регулювати активність екс- пресії генів можна також, впливаючи на епі- геномні процеси (наприклад, на метилювання ДНК чи ацетилювання гістонів). Для цього можна використати штучні протеїни, які скла- даються з dCas9іа каталітичного домену відпо- відного ензиму (ДНК-метилтрансферази чи ацетилтрансферази гістонів) [29]. Мішенню системи CRISPR/Cas9 можуть бути також до- вгі некодуючі РНК (lncRNA) або енхансерні РНК (eRNA), які регулюють експресію генів і епігенетичні процеси [30]. Це дуже важливо для дослідження функцій регуляторних РНК і встановлення їх ролі в патогенезі захворю- вань, оскільки при понад 90 % захворювань, пов’язаних з одиничною нуклеотидною замі- ною, ця заміна відбувається в некодуючих ді- лянках ДНК [31]. А приєднавши до протеїну dCas9 флуоресцентний протеїн GFP, можна позначити певну ділянку в хромосомі живої клітини і спостерігати за нею під мікроскопом протягом клітинного циклу або візуально ви- значати довжину теломер [32]. У 2019 р. було створено біосенсор CRISPR- Chip на основі ультрачутливого графену та системи CRISPR/Cas9, який дозволяє протя- гом 15 хв виявляти певні послідовності ДНК без її ампліфікації з чутливістю 1,7 fM (1,7   10–15 моль) [33]. Подібні біосенсори, що ви- користовують різні типи ензиму Cas, можуть бути націлені на виявлення специфічних по- слідовностей в одно- або дволанцюговій ДНК і РНК збудників інфекційних захворювань. Така система, наприклад, здатна визначати кількість РНК коронавірусу, його тип (SARS-CoV або SARS-CoV-2) і навіть диференціювати окремі заміни у РНК [34]. Отже, як бачимо, можли- вості системи CRISPR/Cas9 не обмежують- ся лише розрізанням певних послідовностей ДНК. Ця система є універсальним механізмом 40 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2020. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ доставки будь-яких молекул у будь-яку «точ- ку» геному, що відкриває фантастичні можли- вості для медицини та фундаментальної науки. У січні 2014 р. за допомогою системи CRISPR/Cas9 китайські вчені модифікували геном макак [35]. Після успіху з мавпами всі зрозуміли, що настала черга людини. Справ- ді, дуже заманливо, виправивши всього одну нуклеотидну основу в ДНК, звільнити лю- дину від важкої спадкової хвороби, напри- клад гемофілії. Однак невідомо, як відреагує організм людини на втручання в геном. Тому можливість редагування генів людини одразу порушила низку етичних проблем, особливо гострих у випадку редагування генів ембріо- ну людини. Дженніфер Дудна та інші провід- ні вчені неодноразово заявляли про небезпеку бездумного використання технології CRISPR/ Cas9 і закликали до мораторію на клінічні екс- перименти з генетичної модифікації людини доти, доки не будуть зрозумілі наслідки і вве- дені правила [36]. Адже простота технології і доступність у США реактивів для її реаліза- ції дали можливість біохакерам здійснювати втручання в геном живих організмів у домаш- ніх умовах, навіть без спеціальних навичок і обладнання. Проте експертний консультатив- ний комітет ВООЗ на своєму засіданні в серп- ні 2019 р. оминув питання про мораторій, хоча і створив глобальний реєстр для відстеження всіх видів досліджень з редагування генів лю- дини і запропонував консультації щодо управ- ління такими технологіями [37]. Незважаючи на заклики до заборони екс- периментів з генетичної модифікації люди- ни, 14 квітня 2015 р. в журналі Protein&Cell з’явилася стаття китайських генетиків під ке- рівництвом Цзюньцзю Хуана (Junjiu Huang) з Університету Сунь Ятсена в Гуанчжоу, в якій описувався експеримент з використання сис- теми CRISPR/Cas9 для редагування геному людського ембріону [38]. Метою роботи було виправлення мутації в одному з генів гемогло- біну, яка призводить до хвороби крові — бета- таласемії. Це була перша в історії спроба гене- тично модифікувати людину. В результаті з 86 запліднених яйцеклітин мутація була виправ- лена лише в 4 ембріонах (це приблизно 5 %). Крім того, в усіх клітинах ембріонів з’явилася значна кількість нових мутацій в інших генах у результаті неспецифічної взаємодії crРНК з іншими подібними послідовностями ДНК, а також внаслідок помилок ензимів репарації. Такі результати викликали небезпідставні по- боювання, що систему CRISPR/Cas9 взагалі ніколи не можна буде використовувати для експериментів на людині. Для підвищення точності CRISPR/Cas9 пропонували різні ідеї. Наприклад, було отри- мано Cas9-ніказу — модифікований протеїн Cas9, у якого працює лише один нуклеазний центр, і тому він робить лише одноланцюгові розрізи ДНК. Використовуючи дві такі ніка- зи з різними ѕgРНК, можна значно підвищити точність розрізання ДНК у потрібному місці [39]. У серпні 2017 р. було опубліковано обна- дійливі результати досліджень, проведених під керівництвом Шухрата Міталіпова (Shoukhrat Mitalipov), відомого своїми успішними експе- риментами з клонування приматів і людини. Вдалося збільшити до 72,4 % вихід ембріонів з виправленою мутацією гена MYBPC3, що ви- кликає гіпертрофічну кардіоміопатію — спад- кове захворювання серця, без появи інших му- тацій [40]. У листопаді 2018 р. китайський дослідник Хе Цзянькуй (He Jiankui) з Південного уні- верситету науки і техніки у Шеньчжені неспо- дівано заявив, що він створив перших у світі генетично відредагованих дітей — дівчат-близ- нюків Лулу і Нану, які не здатні заразитися вірусом імунодефіциту людини (ВІЛ) через модифікацію гена CCR5. У 2019 р. в рамках цього проєкту народилася ще одна модифіко- вана дитина. Ці заяви спровокували скандал і поліцейське розслідування в Китаї та обурен- ня світової наукової громадськості [41]. На закритому суді Хе Цзянькуй було засуджено до трьох років ув’язнення та оштрафовано на 3 млн юанів ($430 тис) за проведення «неза- конної медичної практики». Його колеги Чжан Ренлі (Zhang Renli) та Цінь Цзіньчжоу (Qin Jinzhou) отримали відповідно 24 та 18 місяців умовно. Всі троє визнали свою провину, їм до- ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2020, № 12 41 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ вічно заборонили брати участь у досліджен- нях, пов’язаних з репродуктивною медициною [42]. До речі, Хе Цзянькуй зізнався, що спроба редагування виявилася не дуже вдалою: сис- тема редагування внесла мутацію, але не ту, на яку очікували. Що зараз відбувається з моди- фікованими дітьми, невідомо — влада Китаю їх приховує. У 2019 р. ще двоє вчених заявили про намі- ри створити немовлят з редагованими генами: Денис Ребриков з Російського національного дослідницького університету ім. М.І. Пирого- ва в Москві і Джанпієро Палермо (Gianpiero D. Palermo) з Нью-Йорка. Невідомо, наскільки ці плани близькі до втілення, але такі заяви є попередженням, що найближчим часом зна- йдуться й інші люди, які намагатимуться ввес- ти в геном людини зміни, здатні успадковува- тися майбутніми поколіннями [37, 43]. Вчені, які готові створювати дітей з редагованими ге- нами, можливо, мріють покращити світ, позба- вити людство від небезпечних захворювань. Однак внесені мутації, позбавляючи від однієї небезпеки, можуть наражати організм на інші через багатофункціональність більшості ге- нів, яка у разі мутації гена приводить до зміни цілого комплексу ознак, не завжди бажаних і корисних. Тому вчені зосередилися на інших перспек- тивних напрямах застосування технології CRISPR/Cas9, таких як редагування геному бактерій або дріжджів з метою синтезу абсо- лютно нових речовин, створення тваринних моделей захворювань людини, боротьба з ан- тибіотикорезистентністю мікроорганізмів, знешкодження комах-шкідників і переносни- ків інфекцій, вирішення проблеми нестачі до- норських органів для трансплантації, захисту від небезпечних вірусів, лікування онкологіч- них захворювань тощо. Експериментально підтверджено, що систе- му CRISPR/Cas9 можна успішно застосову- вати для руйнування генів ензимів, що забез- печують стійкість бактерій до дії антибіотиків [44]. Навіть отримано бактеріофаги, що вибір- ково знешкоджують бактерії, стійкі до антибі- отиків [45]. Біотехнологічна компанія Oxitec (Велика Британія) використовує CRISPR/ Cas9 для створення генно-модифікованих ко- мах, які після спарювання зі своїми дикими родичами спричиняють загибель частини їх- ніх нащадків. У жовтні 2019 р. у м. Індаятуба (Бразилія) було успішно проведено випро- бування модифікованих комарів, створених для боротьби з лихоманкою денге та іншими захворюваннями, а також модифікованих діа- мантових молей, які є шкідниками різних ви- дів капусти [46]. У серпні 2017 р. група вчених під керівни- цтвом Джорджа Черча з Гарвардського універ- ситету оприлюднила приголомшливі резуль- тати досліджень з клонування генно-модифі- кованих за допомогою CRISPR/Cas9 свиней, у яких повністю інактивовано віруси PERV. Інактивація цих вірусів відкриває можливості використання для трансплантації людям ор- ганів свиней, які мають штучно створені іден- тичні певній людині трансплантаційні анти- гени [47]. Дослідники з Університету Алабами (США) використали редагування генів та кло- нування для створення свиней без специфічних вуглеводів на поверхні їхніх органів. Бабуїни, яким було пересаджено серця та нирки від цих свиней, прожили більше року [48]. Поєднавши технологію CRISPR/Cas9 і антиретровірусну терапію тривалої дії, в липні 2019 р. було по- вністю видалено ВІЛ з Т-клітин 30 % трансген- них «гуманізованих» мишей, які були попере- дньо інфіковані ВІЛ. Після випробування цієї методики на мавпах у 2020 р. заплановано пер- ші випробування за участі людей [49]. Система CRISPR/Cas9 є також цінним ін- струментом для створення вірусів з певними властивостями, наприклад ослаблених вірусів для вакцин або онколітичних вірусів [50]. За допомогою цієї системи можна вдосконали- ти імунотерапевтичні підходи до лікування раку, зокрема створити генно-модифікова- ні Т-клітини з химерними антигенними ре- цепторами (CAR-T), до складу яких входить scFv-антитіло проти певного антигена рако- вих клітин. Так, у 2017 р. FDA схвалило пре- парат Kymriah (Tisagenlecleucel) виробництва Novartis (Швейцарія), який успішно лікує 42 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2020. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ В-клітинну лімфому за допомогою Т-клітин з химерними рецепторами проти антигена CD19 [51]. Зараз досліджуються та проходять клі- нічні випробування понад 300 різних варіантів терапії CAR-T. Поза тим, технологія CRISPR/ Cas9 відкриває реальні можливості усунення мутацій, що спричиняють онкологічні захво- рювання [52]. Найпростішим варіантом для застосування CRISPR/Cas9 у практичній медицині для лі- кування спадкових захворювань, спричинених одиничною мутацією в певному гені, є захво- рювання крові, для яких технології клітинної терапії вже добре відпрацьовано. Наприкінці минулого року група вчених з Каліфорній- ського університету в Берклі повідомила про успішне використання CRISPR/Cas9 для ви- правлення генетичної мутації в стовбурових клітинах пацієнтів із серпоподібноклітинною анемією [53]. Не дивно, що біотехнологічні компанії вкладають все більше і більше коштів у розроблення технології CRISPR/Cas9 і реа- лізацію ідей щодо її медичного застосування. Вчені, які зробили найбільший внесок у ви- нахід технології CRISPR/Cas9, стали співзас- новниками перших семи компаній, що розви- вають застосування цієї технології у медичній практиці. Еммануель Шарпентьє є співзаснов- ником двох компаній: CRISPR Therapeutics та ERS Genomics. Дженніфер Дудна є співзас- новником п’яти компаній: Caribou Biosciences (розробляє терапевтичні модифіковані клі- тини та бактерії кишечника), Editas Medicine (препарати і модифіковані клітини для тера- пії), Intellia Therapeutics (підходи до терапії раку, генетичних і аутоімунних захворювань), Mammoth Biosciences (діагностичні тест- системи з використанням нових протеїнів Cas12-14), Scribe Therapeutics (підходи до те- рапії нейродегенеративних захворювань, зо- крема з використанням протеїну CasХ). Дженніфер Дудна була змушена розірвати відносини з компанією Editas Medicine, оскіль- ки її партнер Фен Чжан несподівано оформив на себе та свій інститут патент на застосування технології CRISPR/Cas9 у клітинах еукаріотів (у тому числі людей). Кілька років тривала су- дова тяганина за пріоритет, яка коштувала де- сятки мільйонів доларів, врешті було прийня- то рішення на користь команди Дудна–Шар- пентьє [54]. Фармацевтичні фірми вже вклали у зазначені вище стартап-компанії понад $300 млн. У разі отримання обнадійливих резуль- татів інвестиції зростуть, а застосування у ме- дичній практиці обіцяє мільярдні прибутки. Тривалий час FDA не дозволяло проведен- ня за федеральні кошти клінічних випробу- вань системи CRISPR/Cas9. Однак на початку 2019 р. нарешті було офіційно схвалено прове- дення першого клінічного випробування систе- ми CRISPR/Cas9 на людях за межами Китаю, де подібні випробування проводять протягом двох останніх років. Цього року фармацевтичні компанії CRISPR Therapeutics і Vertex розпоча- ли випробування терапії CTX001, призначеної для лікування бета-таласемії та серпо подібної анемії, що зумовлені мутацією в одному гені. Ця терапія передбачає модифікацію стовбурових клітин пацієнта внесенням єдиної генетичної зміни, що приведе до підвищення рівня гемо- глобіну в еритроцитах плоду [55]. У США зараз проводять понад 20 клініч- них випробувань терапевтичних препаратів на основі CRISPR для низки захворювань, зо- крема рідкісних моногенних гематологічних та очних, а також полігенних онкологічних захворювань [56]. Серед спадкових хвороб, зумовлених точковою мутацією, увагу вчених привертають передусім такі захворювання, як вроджений амавроз Лебера 10 (ураження сіт- ківки ока), синдром Ушера (глухота з поступо- вою втратою зору), м’язова дистрофія Дюше- на, муковісцидоз (кістозний фіброз, що вражає дихальну і травну системи), дефіцит трансти- ретину (ураження периферичної нервової сис- теми), амілоїдоз альфа-1 та первинна гіперок- салурія І типу (ураження нирок). Однак висо- ка вартість препаратів на основі CRISPR може стати перешкодою для їх широкого викорис- тання: ні державні бюджети, ні страхові компа- нії не готові до таких витрат. Крім того, поки що CRISPR/Cas9 має низку недоліків, голо- вними з яких є велика кількість помилок ре- дагування, неефективність редагування ДНК ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2020, № 12 43 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ поза межами клітини і значний розмір ензиму Cas9, що ускладнює його доставку в клітину та зумовлює сильні імуногенні властивості. Водночас немає жодних сумнівів, що техно- логія CRISPR/Cas9 є революційною і на неї чекає велике майбутнє. З відкриттям CRISPR/ Cas9 з’явилося безліч можливостей для ви- рішення наболілих проблем людства, з якими наука досі не могла впоратися. Однак, щоб реа- лізувати всі ці можливості повною мірою, необ- хідно зробити технологію безпечною: виклю- чити всі побічні ефекти, а також вдосконалити системи доставки компонентів CRISPR/Cas9 до клітин. Коли це буде зроблено, ідея застосу- вання CRISPR/Cas9 до ембріонів людини для позбавлення від тяжких захворювань, ймовір- но, вже не буде видаватися такою сумнівною. До речі, Дженніфер Дудна вважає, що реда- гування геному людського зародку не можна забороняти повністю. Цю технологію слід де- тально дослідити і вдосконалити, а її клінічне використання потрібно обмежити випадками серйозних генетичних захворювань, коли ін- ших варіантів лікування немає. Втім, такі ви- падки є рідкісними, адже значно простіше по- збавитися генетичних дефектів не за допомо- гою редагування геному, а завдяки скринінгу та відбору ембріонів після запліднення у пробір- ці. На думку Дж. Дудни, більш перспективним напрямом розвитку технології CRISPR/Cas9 є її використання для регулювання експресії протеїнів і контролю функціонування клітин. Також є багато інших можливостей для засто- сування CRISPR/Cas9. У найближчому май- бутньому лабораторія Дж. Дудни планує до- сліджувати функціонування системи CRISPR у різних мікроорганізмів, а також можливості редагування геному в природних мікробних спільнотах і маніпулювання певними мікроба- ми. Одна з її компаній — Mammoth Biosciences, що займається розробленням діагностичних тестів на основі CRISPR/Cas9, у листопаді 2020 р. планує провести випробування тесту для діагностики COVID-19 [57]. Ми зараз переживаємо сплеск захоплення технологією CRISPR/Cas9. Протягом остан- ніх восьми років опубліковано близько 17 тис. наукових статей на цю тему, виділено мільйо- ни доларів на дослідження, а кількість стар- тап-компаній невпинно зростає. Не дивно, що авторитетний науковий журнал Science ви- пустив огляд досягнень у цій галузі під назвою The CRISPR Craze («Криспер-божевілля») [58]. Очікується, що у світі до 2025 р. на роз- виток технології CRISPR/Cas9 та редагування геномів за її допомогою буде витрачено понад $5,3 млрд [59]. Головною заслугою Дженніфер Дудни і Ем- мануель Шарпентьє є те, що відкрита ними технологія редагування геному CRISPR/Cas9 стала початком нової ери в історії генної інже- нерії та стимулювала її подальший розвиток. Адже прогрес не стоїть на місці: вчені нама- гаються вдосконалити технологію CRISPR/ Cas9, поєднати її з іншими методами та без- перервно шукають нові способи редагування геному. Одним з напрямів вдосконалення техноло- гії став пошук інших протеїнів Cas, які можуть виявитися більш ефективними. Так, було від- крито протеїни ScCas9 [60], CasX і CasY [61], Cas12a (Cpf1) [62], Cas13 (a, b, c, d) [63–65], Cas14(a, b, c) [66], які мають унікальні власти- вості і здатні зробити редагування геному на основі CRISPR ефективнішим і безпечнішим. Ці зусилля привели до розроблення трьох нових методів редагування геному, в яких ви- користовують такі інструменти, як транспо- зази/рекомбінази, редактори основ та прайм- редактори [67]. Транспозази — це ензими, здатні зв’язувати одноланцюгову ДНК і вбудовувати її в геном- ну ДНК. Рекомбінази — ензими, що беруть участь у процесах гомологічної рекомбіна- ції — обміну генетичним матеріалом між дво- ма молекулами ДНК, що мають гомологічні нуклеотидні послідовності та містять певні специфічні сайти. Відкриття у деяких орга- нізмів транспозаз, асоційованих з CRISPR, а також злиття транспозаз і рекомбіназ з про- теїнами Cas та проведення їх штучної еволю- ції дозволило використовувати ці ензими для редагування геномів. Так, нещодавно група під керівництвом Фена Чжана відкрила нову тех- 44 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2020. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ ніку редагування генів, яка дозволяє вставля- ти гени в ДНК без її розрізання за допомогою CRISPR-асоційованої транспозази з ціанобак- терій Scytonema hofmanni (ShCAST), що скла- дається з Tn7-подібних субодиниць транспоза- зи та ензиму Cas12k [68]. Дослідники з Гарвардського університету під керівництвом Девіда Лю (David R. Liu) за- пропонували новий метод редагування гено- му — редагування основ (base editing), що до- зволяє змінювати нуклеотидну послідовність ДНК живих клітин шляхом хімічного перетво- рення однієї основи на іншу, не здійснюючи дволанцюгових розрізів ДНК, які через неко- ректну репарацію призводять до помилок ре- дагування. В основі методу лежить поєднання системи CRISPR і злитих протеїнів, що скла- даються з Cas9-нікази (Cas9, що розрізає лише один ланцюг ДНК) і ензиму, який модифікує певну нуклеотидну основу. Використовують ензим цитидиндезаміназу, що забезпечує у 15–75 % ДНК клітини пряме перетворення цитозину в урацил у складі відповідних ну- клеозидів, здійснюючи тим самим заміщення цитозину на тимін (або гуаніну на аденін) [69], а також так звані редактори основи аденіну (ABE) — ензими, отримані внаслідок штучної еволюції на основі аденозиндезамінази тРНК, що забезпечують у 50 % ДНК клітини зворотне перетворення тиміну на цитозин (або аденіну на гуанін) [70]. Аналогічний підхід можна використовувати і для редагування РНК. У 2019 р. неабияку за- цікавленість (понад 400 наукових публікацій) викликав метод, розроблений ще у 2012 р. ні- мецькими вченими Торстеном Стаффорстом (Thorsten Stafforst) і Маріусом Шнайдером (Marius F. Schneider) із Тюбінгенського уні- верситету [71], який тоді залишився без уваги, оскільки був затьмарений сенсаційним від- криттям CRISPR/Cas9. Цей метод дозволяє змінювати протеїни шляхом редагування РНК, що вирішує проблему ризиків, пов’язаних із внесенням постійних змін у ДНК людини та ймовірністю обтяження її помилками редагу- вання. Зміни у мРНК вносять за допомогою аденозинових дезаміназ ADAR (adenosine deaminases acting on RNA), які знаходяться в комплексі з РНК-гідами (adRNAs — ADAR guide RNAs) і здатні в утвореній дволанцюго- вій РНК змінювати аденозин на інозин, який при синтезі протеїну зчитується як гуанозин. Важливою перевагою використання людських ензимів ADAR порівняно з протеїном Cas9, що має бактеріальне походження, є відсут- ність небажаних реакцій з боку імунної систе- ми. Зараз уже відомі інші засоби редагування РНК: цитидинові дезамінази APOBEC і певні ензими винограду змінюють у складі нуклео- зидів цитозин на урацил, а деякі ензими пух- лин можуть змінювати гуанін на аденін тощо. Незважаючи на обмеженість способів зміни послідовності РНК та проблеми з доставкою РНК до клітин, кілька стартап-компаній вже почали використовувати системи редагування РНК для розроблення засобів лікування раку, м’язової дистрофії та інших захворювань (не лише генетичних), а також для корекції різних патологічних станів, таких як гострий біль або високий рівень холестерину [72]. Згадана вище група вчених під керівни- цтвом Девіда Лю створила новий універсаль- ний метод редагування геному — праймуюче редагування (priming editing), яке також не потребує дволанцюгових розрізів ДНК, але дає змогу здійснювати будь-які перетворення, зокрема вставки та делеції фрагментів ДНК, з високою точністю (частота помилок 10 %) і більшою ефективністю (20–50 %) порівняно з класичною системою CRISPR/Cas9 (3–20 %). В основі методу лежить поєднання CRISPR, злитого протеїну, що складається з Cas9-нікази та ензиму зворотної транскриптази, здатної на основі РНК будувати ДНК. Причому замість gРНК використовують pegРНК, яка не лише спрямовує злитий протеїн до потрібного сай- ту в геномі, а й містить «праймер» — послідов- ність, необхідну для самостійної добудови ен- зимом ланцюга ДНК (в системі CRISPR/Cas9 ДНК добудовують ензими репарації, часто роблячи помилки). На прикладі серпоподіб- ноклітинної анемії, хвороби Тея–Сакса (ран- ня дитяча амавротична ідіотія) та пріонової інфекції було продемонстровано можливості ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2020, № 12 45 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ праймуючого редагування: дослідники внесли в геном клітин людини мутації, що зумовлю- ють ці захворювання, а потім їх виправили. Аналіз ними бази даних шкідливих мутацій людини, які спричиняють виникнення різних захворювань, показав, що за допомогою прай- муючого редагування можна виправити 89 % цих мутацій [73]. Цей метод викликав шале- ний інтерес не тільки в наукових колах, а його першовідкривач Девід Лю став співзасновни- ком кількох компаній — Editas Medicine, Beam Therapeutics та Prime Medicine, що займаються розробленням терапевтичних засобів на основі праймуючого редагування. Можливо, що мікроорганізми, які подарува- ли нам CRISPR/Cas9, приховують ще багато маловивчених і зовсім невідомих молекуляр- них механізмів, які ми можемо використати у власних цілях, зокрема для редагування гено- мів. Так, нещодавно було з’ясовано біологічну функцію відкритих ще у 1980-х роках ретро- нів — природних елементів ДНК бактерій, що кодують зворотну транскриптазу, яка на осно- ві РНК-шаблону синтезує багато копій одно- ланцюжкового продукту ДНК з утворенням комплексів ДНК–РНК–ензим. Виявилося, що ретрони, як і CRISPR, виконують функцію противірусного захисту бактерій і в разі інак- тивації бактеріофагами інших систем захисту активують протеїн, що пошкоджує клітинну мембрану інфікованої бактерії та призводить до її загибелі до того, як фаги встигнуть роз- множитися і поширитися [74]. Оскільки ре- трони здатні перетворювати будь-яку бажану РНК-послідовність на ДНК, навіть у клітинах дріжджів і ссавців, вчені зі Стенфордсько- го університету на чолі з Хантером Фрей- зером (Hunter Fraser), поєднавши ретрони і CRISPR/Cas9, розробили новий метод редагу- вання геному — CRISPEY (від англ. Cas9 Ret- ron precISe Parallel Editing via homology — точ- не паралельне редагування Cas9 за допомогою гомології). Цей метод продемонстрував висо- ку ефективність (92 %), пропускну здатність та точність (4,6 % помилок) і дозволив отримати десятки тисяч клонів дріжджів-мутантів, ко- жен з яких відрізнявся лише однією основою в нуклеїновій послідовності гена [75]. Ймовірно, що цьогорічна Нобелівська пре- мія з хімії — не остання в галузі редагування геному, темпи розвитку якої просто вражають. Незважаючи на те, що наявні сьогодні системи редагування мають певні недоліки та обмежен- ня, а способи їх доставки в клітини потребують вдосконалення, ясно, що в найближчому май- бутньому технології редагування геномів до- сягнуть більшої ефективності та безпечності, а втручання в геном людини може стати буден- ною справою. Повірити в це змушує вислов- лювання Девіда Лю: «Якщо CRISPR схожий на ножиці, редактори основ нагадують олівець, то прайм-редактори — це текстовий процесор, придатний для точного пошуку та заміни. Всі інструменти редагування геному відігравати- муть власні ролі... Це лише початок, а не кі- нець» [76]. REFERENCES [СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ] 1. Chemistry. Citation Laureates 2020. https://clarivate.com/webofsciencegroup/citation-laureates/chemistry/ 2. Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2020. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/press-release/ 3. Komisarenko S.V., Romanyuk S.I. Genome editing, or CRISPR/Cas9 — a panacea for many incurable diseases or the first step to a gene apocalypse? Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2020. (3): 50–77 (in Ukrainian). DOI: https://doi. org/10.15407/visn2020.03.050 [Комісаренко С.В., Романюк С.І. Редагування геному, або CRISPR/Cas9 – панацея від багатьох невиліковних хвороб чи перший крок до генного апокаліпсису? Вісник НАН України. 2020. (3): 50–77.] 4. Jennifer Doudna. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Jennifer_Doudna 5. Emmanuelle Charpentier. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Emmanuelle_Charpentier 6. Deltcheva E., Chylinski K., Sharma C.M., Gonzales K., Chao Y., Pirzada Z.A., Eckert M.R., Vogel J., Charpentier E. CRISPR RNA maturation by trans-encoded small RNA and host factor RNase III. Nature. 2011. 471(7340): 602–607. DOI: https://doi.org/10.1038/nature09886 46 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2020. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 7. Westra E.R., Semenova E., Datsenko K.A., Jackson R.N., Wiedenheft B., Severinov K., Brouns S.J. Type I-E CRISPR- cas systems discriminate target from non-target DNA through base pairing-independent PAM recognition. PLoS Genet. 2013. 9(9): e1003742. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1003742 8. Ishino Y., Shinagawa H., Makino K., Amemura M., Nakata A. Nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product. J. Bacteriol. 1987. 169(12): 5429–5433. DOI: https://doi.org/10.1128/JB.169.12.5429-5433.1987 9. Nakata A., Amemura M., Makino K. Unusual nucleotide arrangement with repeated sequences in the Escherichia coli K-12 chromosome. J. Bacteriol. 1989. 171(6): 3553–3556. DOI: https://doi.org/10.1128/JB.171.6.3553-3556.1989 10. Groenen P.M., Bunschoten A.E., van Soolingen D., van Embden J.D. Nature of DNA polymorphism in the direct repeat cluster of Mycobacterium tuberculosis; application for strain differentiation by a novel typing method. Mol. Microbiol. 1993. 10(5): 1057–1065. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.1993.tb00976.x 11. Mojica F.J., Díez-Villaseñor C., Soria E., Juez G. Biological significance of a family of regularly spaced repeats in the genomes of archaea, bacteria and mitochondria. Mol. Microbiol. 2000. 36(1): 244–246. DOI: https://doi.org/10.1046/ j.1365-2958.2000.01838.x 12. Jansen R., Embden J.D., Gaastra W., Schouls L.M. Identification of genes that are associated with DNA repeats in prokaryotes. Mol. Microbiol. 2002. 43(6): 1565–1575. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.2002.02839.x 13. Mojica F.J., Díez-Villaseñor C., García-Martínez J., Soria E. Intervening sequences of regularly spaced prokaryotic repeats derive from foreign genetic elements. Journal of Molecular Evolution. 2005. 60(2): 174–182. DOI: https://doi. org/10.1007/s00239-004-0046-3 14. Pourcel C., Salvignol G., Vergnaud G. CRISPR elements in Yersinia pestis acquire new repeats by preferential uptake of bacteriophage DNA, and provide additional tools for evolutionary studies. Microbiology. 2005. 151(3): 653–663. DOI: https://doi.org/10.1099/mic.0.27437-0 15. Bolotin A., Quinquis B., Sorokin A., Ehrlich S.D. Clustered regularly interspaced short palindrome repeats (CRISPRs) have spacers of extrachromosomal origin. Microbiology. 2005. 151(8): 2551–2561. DOI: https://doi. org/10.1099/mic.0.28048-0 16. Barrangou R., Fremaux C., Deveau H., Richards M., Boyaval P., Moineau S., Romero D.A., Horvath P. CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes. Science. 2007. 315(5819): 1709–1712. DOI: https://doi. org/10.1126/science.1138140 17. Brouns S.J., Jore M.M., Lundgren M., Westra E.R., Slijkhuis R.J., Snijders A.P., Dickman M.J., Makarova K.S., Koo- nin E.V., van der Oost J. Small CRISPR RNAs guide antiviral defense in prokaryotes. Science. 2008. 321(5891): 960–964. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1159689 18. Marraffini L.A., Sontheimer E.J. CRISPR interference limits horizontal gene transfer in staphylococci by targeting DNA. Science. 2008. 322(5909): 1843–1845. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1165771 19. Sontheimer E., Marraffini L. Target DNA interference with crRNA. U.S. Provisional Patent Application 61/009, 317, filed September 23, 2008; later published as US2010/0076057 (abandoned). 20. Jinek M., Chylinski K., Fonfara I., Hauer M., Doudna J.A., Charpentier E. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science. 2012. 337(6096): 816–821. DOI: https://doi.org/10.1126/ science.1225829 21. Gasiunas G., Barrangou R., Horvath P., Siksnys V. Cas9-crRNA ribonucleoprotein complex mediates specific DNA cleavage for adaptive immunity in bacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012. 109(39): E2579–E2586. DOI: https:// doi.org/10.1073/pnas.1208507109 22. Mali P., Yang L., Esvelt K.M., Aach J., Guell M., DiCarlo J.E., Norville J.E., Church G.M. RNA-guided human ge- nome engineering via Cas9. Science. 2013. 339(6121): 823–826. DOI: https://doi.org/10.1126/science.123203372 23. Cong L., Ran F.A., Cox D., Lin S., Barretto R., Habib N., Hsu P.D., Wu X., Jiang W., Marraffini L.A., Zhang F. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science. 2013. 339(6121): 819–823. DOI: https://doi. org/10.1126/science.1231143 24. Cho S.W., Kim S., Kim J.M., Kim J.S. Targeted genome engineering in human cells with the Cas9 RNA-guided endo- nuclease. Nat. Biotechnol. 2013. 31(3): 230–232. DOI: https://doi.org/10.1038/nbt.2507 25. Brown K.V. Why CRISPR-edited food may be in supermarkets sooner than you think. https://gizmodo.com/ whycrispr-edited-food-may-be-in-supermarkets-sooner-th-1822025033 26. Lee J., Wang F. Gene-edited baby by Chinese scientist: the opener of the Pandora’s box. Science Insights. 2018. 2018(13): e000178. DOI: https://doi.org/10.15354/si.18.co015 27. Reardon S. CRISPR gene-editing creates wave of exotic model organisms. Nature. 2019. 568(7753): 441–442. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-019-01300-9 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2020, № 12 47 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 28. Qi L.S., Larson M.H., Gilbert L.A., Doudna J.A., Weissman J.S., Arkin A.P., Lim W.A. Repurposing CRISPR as an RNA-guided platform for sequence-specific control of gene expression. Cell. 2013. 152(5): 1173–1183. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.cell.2013.02.022 29. Kungulovski G., Jeltsch A. Epigenome editing: state of the art, concepts, and perspectives. Trends Genet. 2016. 32(2): 101–113. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tig.2015.12.001 30. Pefanis E., Wang J.G., Rothschild G., Lim J., Kazadi D., Sun J.B., Federation A., Chao J., Elliott O., Liu Z.P., Econo- mides A.N., Bradner J.E., Rabadan R., Basu U. RNA exosome-regulated long non-coding RNA transcription controls super-enhancer activity. Cell. 2015. 161(4): 774–789. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.04.034 31. Elling R., Chan J., Fitzgerald K.A. Emerging role of long noncoding RNAs as regulators of innate immune cell devel- opment and inflammatory gene expression. Eur. J. Immunol. 2016. 46(3): 504–512. DOI: https://doi.org/10.1002/ eji.201444558 32. Chen B., Gilbert L.A., Cimini B.A., Schnitzbauer J., Zhang W., Li G.W., Park J., Blackburn E.H., Weissman J.S., Qi L.S., Huang B. Dynamic imaging of genomic loci in living human cells by an optimized CRISPR/Cas system. Cell. 2013. 155(7): 1479–1491. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.12.001 33. Hajian R., Balderston S., Tran T., deBoer T., Etienne J., Sandhu M., Wauford N.A., Chung J.Y., Nokes J., Athai- ya M., Paredes J., Peytavi R., Goldsmith B., Murthy N., Conboy I.M., Aran K. Detection of unamplified target genes via CRISPR-Cas9 immobilized on a graphene field-effect transistor. Nat. Biomed. Eng. 2019. 3(6): 427–437. DOI: https://doi.org/10.1038/s41551-019-0371-x 34. CRISPR’s future for point-of-care diagnostics. https://www.diagnosticsworldnews.com/news/2020/02/18/cris- pr %27s-future-for-point-of-care-diagnostics 35. Niu Y., Shen B., Cui Y., Chen Y., Wang J., Wang L., Kang Y., Zhao X., Si W., Li W., Xiang A.P., Zhou J., Guo X., Bi Y., Si C., Hu B., Dong G., Wang H., Zhou Z., Li T., Tan T., Pu X., Wang F., Ji S., Zhou Q., Huang X., Ji W., Sha J. Genera- tion of gene-modified cynomolgus monkey via Cas9/RNA-mediated gene targeting in one-cell embryos. Cell. 2014. 156(4): 836–843. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.01.027 36. Baltimore D., Berg P., Botchan M., Carroll D., Charo R.A., Church G., Corn J.E., Daley G.Q., Doudna J.A., Fenner M., Greely H.T., Jinek M., Martin G.S., Penhoet E., Puck J., Sternberg S.H., Weissman J.S., Yamamoto K.R. Biotechnol- ogy. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification. Science. 2015. 348(6230): 36–38. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aab1028 37. Collins F.S. NIH Director on Human Gene Editing: ‘We Must Never Allow our Technology to Eclipse our Humanity’. https://www.discovermagazine.com/health/nih-director-on-human-gene-editing-we-must-never-allow-ourtech- nology-to 38. Liang P., Xu Y., Zhang X., Ding C., Huang R., Zhang Z., Lv J., Xie X., Chen Y., Li Y., Sun Y., Bai Y., Songyang Z., Ma W., Zhou C., Huang J. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein Cell. 2015. 6(5): 363–372. DOI: https://doi.org/10.1007/s13238-015-0153-5 39. Ran F.A., Hsu P.D., Lin C.Y., Gootenberg J.S., Konermann S., Trevino A.E., Scott D.A., Inoue A., Matoba S., Zhang Y., Zhang F. Double nicking by RNA-guided CRISPR Cas9 for enhanced genome editing specificity. Cell. 2013. 154(6): 1380–1389. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.08.021 40. Ma H., Marti-Gutierrez N., Park S.W., Wu J., Lee Y., Suzuki K., Koski A., Ji D., Hayama T., Ahmed R., Darby H., Van Dyken C., Li Y., Kang E., Park A.R., Kim D., Kim S.T., Gong J., Gu Y., Xu X., Battaglia D., Krieg S.A., Lee D.M., Wu D.H., Wolf D.P., Heitner S.B., Belmonte J.C.I., Amato P., Kim J.S., Kaul S., Mitalipov S. Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos. Nature. 2017. 548(7668): 413–419. DOI: https://doi.org/10.1038/nature23305 41. Second woman carrying gene-edited baby, Chinese authorities confirm. https://www.theguardian.com/sci- ence/2019/jan/22/second-woman-carrying-gene-edited-baby-chinese-authorities-confirm 42. CRISPR scientist gets three years of jail time for creating gene-edited babies. https://gizmodo.com/crispr-scientist- gets-three-years-of-jail-time-for-crea-1840724277 43. Act now on CRISPR babies. Nature. 2019. 570(137). DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-019-01786-3 44. Citorik R.J., Mimee M., Lu T.K. Sequence-specific antimicrobials using efficiently delivered RNA-guided nucleases. Nat. Biotechnol. 2014. 32(11): 1141–1145. DOI: https://doi.org/10.1038/nbt.3011 45. Yosef I., Manor M., Kiro R., Qimron U. Temperate and lytic bacteriophages programmed to sensitize and kill an- tibiotic-resistant bacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015. 112(23): 7267–7272. DOI: https://doi.org/10.1073/ pnas.1500107112 46. Stokstad E. Genetically engineered moths can knock down crop pests, but will they take off? https://www.science- mag.org/news/2020/01/genetically-engineered-moths-can-knock-down-crop-pests-will-they-take DOI: https:// doi.org/10.1126/science.abb1078 48 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2020. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 47. Niu D., Wei H.J., Lin L., George H., Wang T., Lee I.H., Zhao H.Y., Wang Y., Kan Y., Shrock E., Lesha E., Wang G., Luo Y., Qing Y., Jiao D., Zhao H., Zhou X., Wang S., Wei H., Güell M., Church G.M., Yang L. Inactivation of por- cine endogenous retrovirus in pigs using CRISPR-Cas9. Science. 2017. 357(6357): 1303–1307. DOI: https://doi. org/10.1126/science.aan4187 48. Gene editing spurs hope for transplanting pig organs into humans. https://www.nytimes.com/2017/08/10/health/ gene-editing-pigs-organ-transplants.html 49. Dash P.K., Kaminski R., Bella R., Su H., Mathews S., Ahooyi T.M., Chen C., Mancuso P., Sariyer R., Ferrante P., Donadoni M., Robinson J.A., Sillman B., Lin Z., Hilaire J.R., Banoub M., Elango M., Gautam N., Mosley R.L., Pol- uektova L.Y., McMillan J., Bade A.N., Gorantla S., Sariyer I.K., Burdo T.H., Young W.B., Amini S., Gordon J., Jacob- son J.M., Edagwa B., Khalili K., Gendelman H.E. Sequential LASER ART and CRISPR treatments eliminate HIV-1 in a subset of infected humanized mice. Nat. Commun. 2019. 10(1): 2753. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019- 10366-y 50. Yuan M., Webb E., Lemoine N.R., Wang Y. CRISPR-Cas9 as a powerful tool for efficient creation of oncolytic viruses. Viruses. 2016. 8(3): E72. DOI: https://doi.org/10.3390/v8030072 51. Miller J.F., Sadelain M. The journey from discoveries in fundamental immunology to cancer immunotherapy. Cancer Cell. 2015. 27(4): 439–449. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ccell.2015.03.007 52. White M.K., Khalili K. CRISPR/Cas9 and cancer targets: future possibilities and present challenges. Oncotarget. 2016. 7(11): 12305–12317. DOI: https://doi.org/10.18632/oncotarget.7104 53. DeWitt M.A., Magis W., Bray N.L., Wang T., Berman J.R., Urbinati F., Heo S.J., Mitros T., Muñoz D.P., Boffelli D., Kohn D.B., Walters M.C., Carroll D., Martin D.I., Corn J.E. Selection-free genome editing of the sickle mutation in human adult hematopoietic stem/progenitor cells. Sci. Transl. Med. 2016. 8(360): 360ra134. DOI: https://doi. org/10.1126/scitranslmed.aaf9336 54. Sanders R. UC rings out 2019 with its 20th CRISPR patent. https://news.berkeley.edu/2019/12/31/uc-rings-out- 2019-with-its-20th-crispr-patent/ 55. Haridy R. First CRISPR therapy administered in landmark human trial. https://newatlas.com/crispr-trial-under- way-vertex-gene-therapy/58643/ 56. The Future of CRISPR. http://www.fwreports.com/dossier/the-future-of-crispr/#.XmgL-kFR2Uk 57. Mullin E. Fresh off her Nobel Prize win, Jennifer Doudna predicts what’s next for CRISPR. https://futurehuman. medium.com/fresh-off-her-nobel-prize-win-jennifer-doudna-predicts-whats-next-for-crispr-1fea0225c41d 58. Pennisi E. The CRISPR craze. Science. 2013. 341(6148): 833–836. DOI: https://doi.org/10.1126/science.341.6148.833 59. Gene editing like CRISPR is too important to be left to scientists alone. https://www.theguardian.com/commentis- free/2019/oct/22/gene-editing-crispr-scientists 60. Chatterjee P., Jakimo N., Jacobson J.M. Minimal PAM specificity of a highly similar SpCas9 ortholog. Sci. Adv. 2018. 4(10): eaau0766. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aau0766 61. Burstein D., Harrington L.B., Strutt S.C., Probst A.J., Anantharaman K., Thomas B.C., Doudna J.A., Banfield J.F. New CRISPR-Cas systems from uncultivated microbes. Nature. 2017. 542(7640): 237–241. DOI: https://doi. org/10.1038/nature21059 62. Zetsche B., Gootenberg J.S., Abudayyeh O.O., Slaymaker I.M., Makarova K.S., Essletzbichler P., Volz S.E., Joung J., van der Oost J., Regev A., Koonin E.V., Zhang F. Cpf1 is a single RNA-guided endonuclease of a class 2 CRISPR-Cas system. Cell. 2015. 163(3): 759–771. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.09.038 63. Abudayyeh O.O., Gootenberg J.S., Konermann S., Joung J., Slaymaker I.M., Cox D.B., Shmakov S., Makarova K.S., Semenova E., Minakhin L., Severinov K., Regev A., Lander E.S., Koonin E.V., Zhang F. C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector. Science. 2016. 353(6299): aaf5573. DOI: https://doi. org/10.1126/science.aaf5573 64. Smargon A.A., Cox D.B., Pyzocha N.K., Zheng K., Slaymaker I.M., Gootenberg J.S., Abudayyeh O.A., Essletzbi- chler P., Shmakov S., Makarova K.S., Koonin E.V., Zhang F. Cas13b is a type VI-B CRISPR-associated RNA-guided RNase differentially regulated by accessory proteins Csx27 and Csx28. Mol. Cell. 2017. 65(4): 618–630.e7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molcel.2016.12.023 65. Yan W.X., Chong S., Zhang H., Makarova K.S., Koonin E.V., Cheng D.R., Scott D.A. Cas13d is a compact RNAtar- geting type VI CRISPR effector positively modulated by a WYL-domain-containing accessory protein. Mol. Cell. 2018. 70(2): 327–339. DOI: https://doi.org/10.1016 / j.molcel.2018.02.028 66. Harrington L.B., Burstein D., Chen J.S., Paez-Espino D., Ma E., Witte I.P., Cofsky J.C., Kyrpides N.C., Banfield J.F., Doudna J.A. Programmed DNA Destruction by Miniature CRISPR-Cas14 Enzymes. Science. 2018. 362(6416): 839– 842. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aav4294 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2020, № 12 49 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ 67. Anzalone A.V., Koblan L.W., Liu D.R. Genome editing with CRISPR-Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors. Nat. Biotechnol. 2020. 38(7): 824–844. DOI: https://doi.org/10.1038/s41587-020-0561-9 68. Strecker J., Ladha A., Gardner Z., Schmid-Burgk J.L., Makarova K.S., Koonin E.V., Zhang F. RNA-guided DNA insertion with CRISPR-associated transposases. Science. 2019. 365(6448): 48–53. DOI: https://doi.org/10.1126/ science.aax9181 69. Komor A.C., Kim Y.B., Packer M.S., Zuris J.A., Liu D.R. Programmable editing of a target base in genomic DNA with- out double-stranded DNA cleavage. Nature. 2016. 533(7603): 420–424. DOI: https://doi.org/10.1038/nature17946 70. Gaudelli N.M., Komor A.C., Rees H.A., Packer M.S., Badran A.H., Bryson D.I., Liu D.R. Programmable base edit- ing of A•T to G•C in genomic DNA without DNA cleavage. Nature. 2017. 551(7681): 464–471. DOI: https://doi. org/10.1038/nature24644 71. Stafforst T., Schneider M.F. An RNA-deaminase conjugate selectively repairs point mutations. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2012. 51(44): 11166–11169. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.201206489 72. Reardon S. Step aside CRISPR, RNA editing is taking off. Nature. 2020. 578(7793): 24–27. DOI: https://doi. org/10.1038/d41586-020-00272-5 73. Anzalone A.V., Randolph P.B., Davis J.R., Sousa A.A., Koblan L.W., Levy J.M., Chen P.J., Wilson C., Newby G.A., Ra- guram A., Liu D.R. Search-and-replace genome editing without double-strand breaks or donor DNA. Nature. 2019. 576(7785): 149-157. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1711-4 74. Pennis E. Microbes’ mystery DNA helps defeat viruses – and has genome-editing potential. https://www.sciencemag. org/news/2020/11/microbes-mystery-dna-helps-defeat-viruses-and-has-genome-editing-potential 75. Sharon E., Chen S.A., Khosla N.M., Smith J.D., Pritchard J.K., Fraser H.B. Functional genetic variants revealed by massively parallel precise genome editing. Cell. 2018. 175(2): 544–557.e16. DOI: https://doi.org/10.1016/j. cell.2018.08.057. 76. Fan S. Everything You Need to Know About Superstar CRISPR Prime Editing. https://singularityhub.com/2019/ 11/05/everything-you-need-to-know-about-superstar-crispr-prime-editing/ Serhiy V. Komisarenko ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3244-3194 Palladin Institute of Biochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine Svitlana I. Romaniuk ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3900-6755 Palladin Institute of Biochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine PROSPECTS FOR GENE EDITING USING CRISPR/CAS, OR HOW TO MASTER THE “GENETIC SCISSORS” Nobel Prize in Chemistry for 2020 The Nobel Prize in Chemistry in 2020 was awarded to two researchers in the field of molecular biology: French Em- manuelle Charpentier, who currently heads the Max Planck Unit for the Science of Pathogens (Berlin, Germany), and American Jennifer Doudna of the University of California (Berkeley, CA, USA) “for the development of a method for genome editing.” The press release of the Nobel Committee states that the winners have discovered one of the most pow- erful tools of genetic technology, CRISPR/Cas9, or so-called “genetic scissors.” This method has helped to obtain many important results in basic research. In particular, plant researchers have been able to create crops that are resistant to mold, pests and drought. In medicine, clinical trials of new methods of cancer treatment are underway, and the dream of curing hereditary diseases is about to become a reality. “Genetic scissors” have brought the life sciences to a new stage of development and are of great benefit to mankind. Keywords: Nobel Prize in Chemistry, Emmanuelle Charpentier, Jennifer Doudna, genome editing, CRISPR/Cas9.

Перспективи редагування геному за допомогою CRISPR/Cas, або як опанувати "генетичні ножиці" (Нобелівська премія з хімії 2020 року)

Репозитарії

Схожі ресурси