Новаторская работа, позволяющая биологам изменять определенные гены у мышей с относительной простотой, выиграла Нобелевскую премию 2007 года в Физиологии или Медицине. Марио Капекки из университета Юты в Солт-Лейк-Сити, Оливера Смитиса из Университета Северной Каролины, Чапел-Хилл, и Мартина Эванса из университета Кардиффа, Великобритания, разделит приз за развитие методов для создания мышей нокаута, животных, испытывающих недостаток в определенном гене или генах.
Такие мыши позволили ученым изучать роли тысяч генов млекопитающих и обеспечили лабораторные модели человеческих несчастий, в которых можно проверить потенциальные методы лечения.Работая независимо в 1980-х, Capecchi и Smithies каждый обработанные способы скользить иностранная ДНК в определенное место в хромосомах клетки. Оба ученых признали, что, если они вставили ДНК, которая была очень похожа на тот из целевого гена, клетка поднимет его и обменяет его для целевого гена. Поскольку вставленная ДНК могла быть изменена заранее, скажем, путем выведения из строя его с мутацией, ученые могли изменить определенные гены по желанию.
Подобная стратегия использовалась для изменения генов в дрожжах и других организмах, но большинство людей предположило, что это не будет работать у млекопитающих. Действительно, в начале 1980-х, заявка на грант Капекки была отклонена Национальными Институтами Здоровья в Молитвенном доме, Мэриленд, с советом, что он забывает идею.Он упорно продолжил заниматься, с помощью денег, починенных из других проектов. И несколько лет спустя, и он и Кузницы, затем работающие в университете Висконсина, Мадисона, показали, что планирование для определенных генов мыши было действительно возможно.
Процесс был очень неэффективен, тем не менее, и большинство людей все еще сомневалось, что он будет иметь много практического применения.Войдите в Мартина Эванса, затем в Кембриджском университете, Великобритания, Он возглавил группу, сообщившую в 1981, что они могли вырастить клетки эмбриональной основы (ES) от эмбрионов мыши. Эти клетки могут стать любым видом клетки в органе, включая яйца и сперму.
Несколько лет спустя Эванс и его коллеги показали, что они могли произвести живых мышей путем впрыскивания культивированных клеток ES в развивающийся эмбрион. Результатом является химера, животное, ткани которого являются соединением клеток ES и тех от эмбриона хозяина.
В некоторых химерах добавленные клетки ES случайно производят сперму или яйца животного, и когда эти химеры сцепляются, некоторые их потомки несут гены исходных клеток во всех их тканях.Эмбриональные стволовые клетки были ключом к тому, чтобы обходить неэффективный ген, обменивающийся, который загнал в угол Capecchi и Smithies. «С клетками ES частота не имела значения так же», говорят Кузницы. «Если это было каждое миллионное, Вы просто использовали миллион клеток». Путем планирования для генов в клетках ES – и затем разбирания в клетках, несших желаемую модификацию для создания химер – ученые могли создать мышей, полностью испытывающих недостаток в рабочей копии данного гена.
До настоящего времени исследователи выбили по крайней мере 11 000 генов у мышей, наблюдая то, что идет не так, как надо в развитии или взрослая жизнь и таким образом приобретание чувства того, что делает ген (Наука, 30 июня 2006, p. 1862). Путем деактивации определенных генов этот путь, например, Capecchi и его коллеги продолжали идентифицировать, формирующие полный чертеж корпуса млекопитающих. Кузницы и Эванс также оба быстро созданных грызунов, испытывающие недостаток в гене муковисцедоза, одном из многих напряжений мыши нокаута, созданных для имитации человеческой болезни.Метод «был трансформационным в нашем понимании биологии», говорит генетик Аллан Брэдли, директор Института Wellcome Trust Sanger в Кембридже, Великобритания, кто работал в лаборатории Эванса, когда клетки ES были сначала получены.
Добавляют Кузницы, «Вы не можете открыть журнал сегодня, не находя газету, использующую эти методы».