УДК 577.218:575.1:577.212.3:636.082:631.52
DOI: 10.36871/vet.zoo.bio.202602114

Авторы

Николай Васильевич Пименов,
Елена Игоревна Ярыгина,
Эльдар Ринатович Зулькарнеев,
Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К. И. Скрябина, Москва, Россия

Аннотация

В последние годы одним из наиболее перспективных направлений в биотехнологии стало применение CRISPR/Cas-систем, которые представляют собой инструмент для редактирования генома. Открытие и развитие CRISPR/Cas-систем произвело революцию в молекулярной биологии, биотехнологии, медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве, предоставив исследователям универсальный, высокоточный и доступный инструмент для редактирования геномов. Данная статья посвящена анализу современных платформ на основе CRISPR/Cas, выходящих за рамки простого разрезания ДНК. В настоящее время наиболее часто используется платформа Cas9, также сейчас активно внедряют платформы Cas12 (Cas12a, Cas12b, Cas12i, Cas12k), Cas13, Cas14. Рассматриваются такие технологии, как базовое редактирование (base editing) и прайм редактирование (prime editing), которые позволяют вносить точечные мутации без двуцепочечных разрывов. В статье анализируются перспективы применения этих платформ в ключевых областях медицины, а именно: в терапии наследственных и онкологических заболеваний, в борьбе с вирусными инфекциями, а также указано, какие CRISPR/Cas-системы используются в сельском хозяйстве для создания новых сортов устойчивых растений, улучшения продуктивности и качества уже существующих сортов. Более того, данные платформы задействованы и в ветеринарии для создания пород с необходимыми характеристиками и борьбы с переносчиками болезней. Также системы CRISPR/Cas активно применяются в биопроизводстве для оптимизации микроорганизмов и для разработки микробных биосенсоров. В настоящий момент, несмотря на революционный потенциал систем CRISPR/Cas, к сожалению, остается достаточно большое количество ограничений и рисков, таких как проблемы эффективности (внецелевая активность, неполная эффективность редактирования, ограничения по последовательности РАМ, проблема доставки), биологические риски (иммуногенность, онкогенный риск, мозаицизм), а также этические и социальные аспекты (редактирование зародышевой линии, равный доступ, экологические риски).

Ключевые слова

системы CRISPR/Cas, геномное редактирование, ДНК, мутация, базовое редактирование, прайм-редактирование

Список литературы

  1. Ананко Е. А., Шумакова Д. В. Применение системы CRISPR/Cas для редактирования генома сельскохозяйственных животных // Вестник биотехнологии. 2021. Т. 17. № 3. С. 45–52.
  2. Григорьева О. В., Сидорова М. А. CRISPR/ Cas системы в диагностике инфекционных заболеваний // Молекулярная диагностика. 2022. Т. 14. № 2. С. 78–85.
  3. Соколов А. В., Федорова М. Д. CRISPR/ Cas технологии в терапии наследственных заболеваний // Медицинская генетика. 2020. Т. 19. № 5. С. 23–30.
  4. Abudayyeh O. O., Gootenberg J. S., Zhang F. et al. A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing // Science. 2019. Vol. 365. No. 6451. Pр. 382–388.
  5. Agarwal N., Gupta R. History, evolution and classification of CRISPR-Cas associated systems // Progress in Molecular Biology and Translational Science. 2021. Vol. 179. Pр. 11–76.
  6. Ali S. A., Syed S. Y. Development and use of CRISPR in industrial applications // Genome Engineering via CRISPR-Cas9 System. 2020. Pр. 177–197.
  7. Aljabali A. A., El-Tanani M., Tambuwala M. M. Principles of CRISPR-Cas9 technology: Advancements in genome editing and emerging trends in drug delivery // Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2024. Vol. 92. Art. 105338.
  8. Baig M. M. F. A., Chair S. Y., Chien W. T. CRISPR/Cas systems for genomic editing, biochemical sensing, bioanalysis, and diagnostics // Microchemical Journal. 2025. Vol. 207. Art. 112638.
  9. Chapagain S., Singh L., Carcia R. et al. Molecular Breeding for Improving Salinity Toleravce in Rice: Recent Progress and Future Prospects // Molecular Breeding for Rice Abiotic Stress Tolerance and Nutritional Quality. 2021. Chapter 2. Pp. 26–52.
  10. Chen J. S., Ma E., Harrington L. B. et al. CRISPR-Cas12a target binding unleashes indiscriminate single-stranded DNase activity // Science. 2018. Vol. 363. No. 6425. Pр. 436–439.
  11. Chen K., Wang Y., Zhang R.et al. CRISPR/Cas genome editing and precision plant breeding in agriculture // Annual Review of Plant Biology. 2019. Vol. 70. Pр. 667–697.
  12. Danilo F. R., Nidia B. C., María C. S. et al. Regulatory landscape for new breeding techniques (NBTs): insights from Paraguay // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2024. Vol. 12.
  13. Doudna J. A. The promise and challenge of therapeutic genome editing // Nature. 2020. Vol. 578. Pр. 229–236.
  14. Duan J., Lu G., Hong Y. et al. Genome-wide detection of CRISPR editing in vivo using GUIDE-tag // Nature Methods. 2022. Vol. 21. Pр. 121–130.
  15. Frangoul H., Altshuler D., Cappellini M. D. et al. CRISPR-Cas9 Gene Editing for Sickle Cell Disease and β-Thalassemia // New England Journal of Medicine. 2021. Vol. 390. Pр. 125–135.
  16. Gillmore J. D., Maitland M. L., Lebwohl D. et al. In vivo CRISPR/Cas9 editing of the TTR gene by intravenous lipid nanoparticle delivery in patients with transthyretin amyloidosis // Nature Medicine. 2021. Vol. 29. Pр. 2212–2218.
  17. Gootenberg J. S., Abudayyeh O. O., Lee J. W. et al. Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2 // Science. 2017. Vol. 356 (6336). Pp. 438–442.
  18. Klap C., Yeshayahou E., Bolger A. M. et al. Tomato facultative pathenocarpy results from SIAGAMOUS-LIKE 6 loss of function // Plant Biotechnology Journal. 2017. Vol. 15. No. 5. Pp. 634–647.
  19. Knott G. J., Doudna J. A. CRISPR-Cas guides the future of genetic engineering // Science. 2018. Vol. 361. No. 6655. Pр. 866–869.
  20. Lakkakula S., Sasanala S., Balasubramanian C. M. et al. CRISPR-Cas9 system for fungi genome engineering toward industrial applications // Genome Engineering via CRISPR-Cas9 System. 2020. Pр. 69–81.
  21. Lander E. S., Baylis F., Zhang F. et al. Adopt a moratorium on heritable genome editing // Nature. 2019. Vol. 567. Pр. 165– 168.
  22. Li Y., Li S., Wang J. et al. Programmable base editing in plants using CRISPR-Cas systems // Nature Plants. 2022. Vol. 8. Pр. 213–220.
  23. Lin Q., Zong Y., Xue C. et al. Prime genome editing in rice and wheat // Nature Biotechnology. 2020. Vol. 38. Pр. 582–585.
  24. Liu Z., Chen S., Shan H. et al. Genome editing in plants using CRISPR-Cas12b // Nature Communications. 2023. Vol. 12. Art. 456.
  25. Musunuru K., Chadwick A. C., Mizoguchi T. et al. In vivo CRISPR base editing of PCSK9 durably lowers cholesterol in primates // Nature. 2021. Vol. 593. Pр. 429–434.
  26. Pastori D., Cormaci V. M., Maricci S. et al. A comprehensive review of harnessing the evolving CRISPR/Cas9 for precision oncology // Journal of Translational Medicine. 2024. Vol. 22. No. 1. Art. 498.
  27. Puig-Serra P., Casado-Rosas M. C., Martinez-Lage M. et al. CRISPR approaches for the diagnosis of human diseases // International Journal of Molecular Sciences. 2022. Vol. 23, No. 3. Art. 1737.
  28. Shi J. et al. ARGOS8 variants generated by CRISPR-Cas9 improve maize grain yield under field drought stress conditions // Plant Biotechnology Journal. 2017. Vol. 15. No. 2. Pp. 207–216.
  29. Stadtmauer E. A., Fraietta J. A., Davis M. M. et al. CRISPR-engineered T cells in patients with refractory cancer // Science. 2020. Vol. 367. Pр. eaba7365.
  30. Tran T. T. et al. CRISPR/Cas9-based disruption of ARG4 gene improves salinity tolerance in tomato // Physiologia Plantarum. 2021. Vol. 173, No. 4. Pp. 2308–2321.
  31. Wagner D. L., Amini L., Wendering D. J. et al. Immunogenicity of CRISPR therapeutics—Critical considerations for clinical translation // Frontiers in Immunology. 2023. Vol. 14. Art. 1138596.
  32. Wang F., Zhang Y., Liu Z. et al. CRISPRCas9-based genome editing for disease modeling and therapy // Cell Discovery. 2021. Vol. 10. Art. 35.
  33. Wani A. K., Akhtar N., Mir T. U. G. et al. CRISPR/Cas12a-based biosensors for environmental monitoring and diagnostics // Environmental Technology & Innovation. 2024. Vol. 34. Art. 103625.
  34. Zhang Y., Li Y., Chen J. et al. Comparison of gene editing efficiencies of CRISPR-Cas9 and TALEN for generation of MSTN knockout animals // Nature Biotechnology. 2019. Vol. 41. No. 2. Pр. 189–197.
  35. Zong Y., Wang Y., Li C. et al. Precise base editing in rice, wheat and maize with a Cas9-cytidine deaminase fusion // Nature Biotechnology. 2017. Vol. 35. Pр. 438–440.