У потомства генетично відредагованого безрогого бика не знайшли зайвих мутацій

Американські вчені проаналізували геноми першого в світі потомства генетично відредагованого бика і не знайшли в них слідів нецільового редагування. Крім того зміни, які вчені спочатку планували ввести в геном (мутація, пов'язана з відсутністю рогів), інших мутацій і фізіологічних відхилень від норми дослідники не виявили. Вони розраховують, що їхні дані допоможуть пом'якшити суворі норми перевірки, які зараз прийняті в США для генетично модифікованих тварин. Роботу опубліковано в журналі.

У 2015 році вчені з Міннесоти і Техасу запустили експеримент з генетичного редагування биків. Вони хотіли внести в їх геном мутацію POLLED, яка іноді зустрічається в дикій природі і пов'язана з відсутністю рогів. Для сільськогосподарських порід ця мутація могла б стати цінним придбанням, оскільки роги роблять тварин більш небезпечними. Зараз бикам рогу видаляють, однак ця процедура вважається неприємною для тварин; набагато зручніше і дешевше було б вивести спочатку безрогу породу.

Для редагування генома биків дослідники вибрали фермент TALEN - це нуклеаза, тобто білок, який наводиться на певну ділянку в геномі і вносить в нього точковий розрив. Вчені також надали клітинам «заплатку» для лагодження розриву; в результаті повинна була вийти копія мутації POLLED, яка відрізняється від дикого типу якраз вставкою зайвих пари сотень нуклеотидів.

Всі ці маніпуляції дослідники провели з клітинами сполучної тканини дорослих биків. Потім забрали у них ядра і перенесли в яйцеклітини корів методом репродуктивного клонування. З запліднених яйцеклітин розвинулися і з'явилися на світ п'ять тварин.

Зараз Емі Янг (Amy Young) і її колеги з Каліфорнійського університету вирішили перевірити, що насправді сталося з геномом відредагованих биків і наскільки нововведена мутація здатна передаватися в поколіннях. Вчені взяли сперматозоїди одного з генетично відредагованих биків і осіменили ними кількох самок. Як контроль вони використовували групу звичайних биків і самок тієї ж породи.

У відредагованого бика народилося шестеро дітей: одна самка і п'ятеро самців. Всі вони виросли безрогими. Жодних фізіологічних відхилень і порушень здоров'я у них не виявили, крім одного бика, у якого не опустилося одне яєчко. Інші четверо пройшли тестування за всіма ветеринарними стандартами і були визнані потенційними биками-виробниками. Правда, згодом їх довелося приспати, оскільки за американським законодавством вони вважаються «несхваленими лікарськими засобами тваринного походження» і не можуть бути застосовані в сільському господарстві.

Всі корови, які принесли потомство від генетично відредагованого бика, були гомозіготами по алелі дикого типу, який забезпечує їх рогами. Вчені підтвердили, що всі шість дитинчат були гетерозіготами - несли одну алель дикого типу і одну мутантну алель. Але оскільки мутантна алель домінує, у всіх шістьох не розвинулися роги.

Потім вчені перевірили, що генетично модифіковане потомство не вплинуло на організм своєї матерів. У ссавців нерідко зустрічається мікрохімеризм, коли клітини плоду заселяють червоний кістковий мозок матері. Однак у крові корів ні під час, ні після вагітності вченим не вдалося виявити мутантного гена. Таким чином, вони підтвердили, що генетична модифікація ні в якому вигляді не передалася від плодів матерям.

Нарешті, дослідники вивчили геноми модифікованого потомства. Як і творці першого покоління відредагованих биків, вони не виявили в ДНК ніяких слідів нецільової активності TALEN, тобто ніяких незапланованих мутацій. Натомість вони виявили, що у першого відредагованого бика дві алелі мутували по-різному: в одній вдалося відтворити мутацію POLLED, а в іншій виникла додаткова вставка. Його діти успадкували як один, так і інший варіант мутації, і це ніяк не позначилося на їхньому здоров'ї.

Автори роботи відзначають, що сучасні норми американського законодавства наказують творцям генетично відредагованих організмів проводити занадто довгі і дорогі перевірки. Передбачається, що кожну зміну потрібно тестувати в декількох поколіннях. Для сільськогосподарських тварин такі перевірки розтягуються на роки: перше покоління від биків, яких відредагували в 2015 році, вдалося отримати тільки зараз.

У той же час, поступово накопичуються дані про те, що редагування не вносить в геном нецільових мутацій - аналогічні результати вже отримані на вівцях і козах. Тому дослідники розраховують, що їх робота дозволить заспокоїти тих, хто хвилюється про появу нових мутацій в генофонді, і посприяє пом'якшенню існуючих вимог до створення генетично модифікованих організмів.

Останніми роками для редагування генома все частіше використовують систему CRISPR/Cas9. Суперечки про безпеку цього методу ще тривають. У 2017 році вчені представили докази її високої нецільової активності, а в 2018 році цю статтю відкликали з журналу. Відтоді різні дослідницькі групи підтвердили її безпеку - наприклад, на мавпах - але цього поки недостатньо для того, щоб CRISPR/Cas9 почали застосовувати для промислового виробництва генетично модифікованих організмів.