Вирусы — не только причина многих болезней, но и полезный инструмент для биологов и медиков. Они могут доставлять в клетки человека различные молекулы, которые могут изменять их свойства или функции. Это называется клеточной или генной терапией.
Однако у вирусов есть ограничение: они не могут переносить слишком длинные цепочки ДНК. Это проблема для тех случаев, когда нужно заменить или добавить целый ген или несколько генов в клетку. Например, у некоторых людей есть наследственное заболевание, которое вызывает постепенное ослабление мышц — миодистрофия Дюшенна. Оно связано с мутациями в гене, который кодирует белок дистрофин. Чтобы создать генную терапию для этого заболевания, нужно доставить в клетки ДНК длиной около 11 000 пар оснований — это больше, чем помещается в существующих вирусах.
Но теперь ученым удалось создать вирус, который может переносить ДНК длиной до 171 000 пар оснований — это примерно в 20 раз больше, чем у крупнейших известных вирусов, используемых для генной терапии. Кроме того, этот вирус может переносить более 1000 других молекул, таких как РНК и белки.
Мы можем сочетать все эти компоненты в одной частице и стремиться не только к лечению, но и к излечению
— Венигалла Рао из Католического университета Америки в Вашингтоне.
Для создания такого вируса ученые использовали фаг — это особый тип вируса, который заражает только бактерии. Фаг имеет форму капсулы с хвостом и ножками. Ученые изменили фаг таким образом, что он стал способен проникать в клетки человека и доставлять им свой груз.
Модель бактериофага Т4, на котором основан вирус для генной терапии
Груз фага может состоять из разных молекул: ДНК, РНК, белков или комбинации их. ДНК может быть как линейной, так и кольцевой. Кольцевая ДНК называется плазмидой и может самостоятельно существовать и размножаться в клетке. Плазмида может нести гены, которые изменяют свойства клетки или заставляют ее вырабатывать полезные вещества. РНК может быть как информационной, так и функциональной. Информационная РНК переносит информацию от ДНК к рибосомам — местам синтеза белков. Функциональная РНК может регулировать активность генов или участвовать в реакциях в клетке. Белки могут выполнять разные функции: структурные, катализаторы, рецепторы, антитела и т. д.
Ученые показали, что модифицированный фаг может эффективно доставлять свой груз в разные типы клеток человека: мышечные, нервные, кроветворные и другие. Они также проверили безопасность фага на мышах и не обнаружили никаких побочных эффектов.
Это очень универсальный и гибкий инструмент для клеточной и генной терапии
— Венигалла Рао.
Такой вирус поможет лечить разные заболевания, связанные с нарушением работы генов или клеток. Например, при болезни Паркинсона, доставив в нейроны гены, которые защищают их от вымирания. Или он может помочь при раке, транспортировав в опухоль гены, которые активируют иммунную систему или вызывают самоубийство раковых клеток.
