Новый инструмент CRISPR. Мягче, точнее, без побочных эффектов

Система редактирования генов CRISPR – это мощный инструмент редактирования генома. С 2015-го года появилось множество его вариаций: -gold, -cas10, cas12, -a и это только верхушка айсберга. Единственный недостаток технологии – необходимость резать ДНК. Это вмешательство может привести к нецелевым мутациям. Исследователи MIT и Гарварда разработали новую систему на основе CRISPR. Технология вставляет новые последовательности ДНК без разрезов. Это повысило безопасность и точность процесса.

Это не первый случай, когда ученые отходят от нарезки ДНК. С помощью CRISPR достаточно лишь поменять экспрессию гена (включить или выключить ненужный участок). И технологии позволяют делать это.

CRISPR основана на бактериальной системе самозащиты. Когда бактерии сталкиваются с бактериофагами, они используют ферменты, такие как Cas9, чтобы отрезать часть ДНК этого вируса и сохранить ее в себе. Другими словами, это как развешанные на столбах фото преступника, которые помогают опознать злодея.

За последние несколько лет ученые использовали технологию для копипаста ДНК. Последовательности РНК, которые играют роль штурмана, направляют режущий фермент на участки ДНК и заменяют их новыми участками.

Как это применять? Допустим, у нас есть ген, который передается из поколения в поколение и приводит к пороку сердца. Достаточно 1 раз вырезать этот ген на стадии формирования эмбриона, и наследственная болезнь исчезнет. Исчезнет как у будущего ребенка, так и у всех его детей, внуков, правнуков и т.д.

Наряду с лечением людей, этот метод можно использовать для борьбы с вредителями или для повышения урожайности и питательности сельскохозяйственных культур.

Новое исследование создало новую систему, которая работает мягко и эффективно. Вместо того чтобы использовать защитные ферменты, такие как Cas9, ученые сконцентрировались на транспозонах. Это «прыгающие гены» которые дрейфуют в геноме и управляются белками, называемыми транспозазами.

Ученые изолировали фермент Cas12k двух видов цианобактерий и манипулировали их прыжками, выжидая пока фермент попадет в нужную часть генома. Как только он успешно «пригенетивался», ученые вставляли новые последовательности ДНК без необходимости что-либо вырезать. Новая система была названа CRISPR-ассоциированной транспозазой (CAST).

Мы глубоко погрузились в биомеханику цианобактерий, разобрали CAST, чтобы понять его компоненты, и открыли новую биологическую функцию. Инструменты на основе CRISPR часто режут ДНК. В этом их эффективность как генетических киллеров. Напротив, CAST «из коробки» работает как интегратор генов. Насколько нам известно, это первая открытая система, которая так гладко позволяет менять генокод.

Джонатан Стрекер, первый автор исследования.

Команда протестировала новую систему на кишечной палочке. Ученые интегрировали новые последовательности ДНК длиной до 10 пар оснований в точные участки генома. Точность технологии – 80% и её можно повысить с помощью дальнейших исследований.

Техника CAST может использоваться для нескольких целей. Генетические заболевания можно вылечить, отключив вредную мутацию и вставив вместо нее здоровую версию гена. Или добавить новую последовательность, улучшив работу клеток. Например, T-клетки иммунной системы можно апгрейдить на эффективный поиск рака.

CAST справится с широким спектром интеграций ДНК. Это подчеркивает разнообразность природы и будущий потенциал открытий.

Фен Чжан, старший автор исследования и изобретатель системы CRISPR-CAST.

Автор: Майкл Ирвинг

Перевод: Филипп Дончев

Ссылка на источник: https://newatlas.com/crispr-cast-gene-editing/60105/