Американские ученые проанализировали геномы первого в мире потомства генетически отредактированного быка и не нашли в них следов нецелевого редактирования. Помимо того изменения, которое ученые изначально планировали ввести в геном (мутация, связанная с отсутствием рогов), других мутаций и физиологических отклонений от нормы исследователи не обнаружили. Они рассчитывают, что их данные помогут смягчить суровые нормы проверки, которые сейчас приняты в США для генетически модифицированных животных.

Работа опубликована в журнале Nature Biotechnology.

В 2015 году ученые из Миннесоты и Техаса запустили эксперимент по генетическому редактированию быков. Они хотели внести в их геном мутацию POLLED, которая иногда встречается в дикой природе и связана с отсутствием рогов. Для сельскохозяйственных пород эта мутация могла бы стать ценным приобретением, поскольку рога делают животных более опасными. Сейчас быкам рога удаляют, однако эта процедура считается неприятной для животных; гораздо удобнее и дешевле было бы вывести изначально безрогую породу.

Для редактирования генома быков исследователи выбрали фермент TALEN — это нуклеаза, то есть белок, который наводится на определенный участок в геноме и вносит в него точечный разрыв. Ученые также предоставили клеткам «заплатку» для починки разрыва; в результате должна была получиться копия мутации POLLED, которая отличается от дикого типа как раз вставкой лишних пары сотен нуклеотидов.

Все эти манипуляции исследователи провели с клетками соединительной ткани взрослых быков. Затем забрали у них ядра и перенесли в яйцеклетки коров методом репродуктивного клонирования. Из оплодотворенных яйцеклеток развились и появились на свет пять животных.

Сейчас Эми Янг (Amy Young) и ее коллеги из Калифорнийского университета решили проверить, что на самом деле произошло с геномом отредактированных быков и насколько нововведенная мутация способна передаваться в поколениях. Ученые взяли сперматозоиды одного из генетически отредактированных быков и осеменили ими нескольких самок. В качестве контроля они использовали группу обычных быков и самок той же породы.

У отредактированного быка родилось шестеро детей: одна самка и пятеро самцов. Все они выросли безрогими. Никаких физиологических отклонений и нарушений здоровья у них не обнаружили, кроме одного быка, у которого не опустилось одно яичко. Остальные четверо прошли тестирование по всем ветеринарным стандартам и были признаны потенциальными быками-производителями. Правда, впоследствии их пришлось усыпить, поскольку по американскому законодательству они считаются «неодобренными лекарственными средствами животного происхождения» и не могут быть применены в сельском хозяйстве.

Все коровы, которые принесли потомство от генетически отредактированного быка, были гомозиготами по аллели дикого типа, который обеспечивает их рогами. Ученые подтвердили, что все шесть детенышей были гетерозиготами — несли одну аллель дикого типа и одну мутантную аллель. Но поскольку мутантная аллель доминирует, у всех шестерых не развились рога.

Затем ученые проверили, что генетически модифицированное потомство не оказало влияния на организм своей матерей. У млекопитающих нередко встречается микрохимеризм, когда клетки плода заселяют красный костный мозг матери. Однако в крови коров ни во время, ни после беременности ученым не удалось обнаружить мутантного гена. Таким образом, они подтвердили, что генетическая модификация ни в каком виде не передалась от плодов матерям.

Наконец, исследователи изучили геномы модифицированного потомства. Как и создатели первого поколения отредактированных быков, они не обнаружили в ДНК никаких следов нецелевой активности TALEN, то есть никаких незапланированных мутаций. Зато они обнаружили, что у первого отредактированного быка две аллели мутировали по-разному: в одной удалось воспроизвести мутацию POLLED, а в другой возникла дополнительная вставка. Его дети унаследовали как один, так и другой вариант мутации, и это никак не сказалось на их здоровье.

Авторы работы отмечают, что современные нормы американского законодательства предписывают создателям генетически отредактированных организмов проводить слишком длинные и дорогостоящие проверки. Предполагается, что каждое изменение нужно тестировать в нескольких поколениях. Для сельскохозяйственных животных такие проверки растягиваются на годы: первое поколение от быков, которых отредактировали в 2015 году, удалось получить только сейчас.

В то же время, постепенно накапливаются данные о том, что редактирование не вносит в геном нецелевых мутаций — аналогичные результаты уже получены на овцах и козах. Поэтому исследователи рассчитывают, что их работа позволит успокоить тех, кто волнуется о появлении новых мутаций в генофонде, и поспособствует смягчению существующих требований к созданию генетически модифицированных организмов.