Биологический переключатель, который надежно включает экспрессию белка по желанию, был изобретен учеными Университета Бата и Университета Кардиффа. Переключатель позволяет управлять инструментами редактирования генома, которые однажды могут регулировать каскады желаемых генетических изменений в целых популяциях.
Этот новый метод переключения должен работать для любого белка любого вида и использует дешевую, нетоксичную аминокислоту в качестве управляющего переключателя - режим «включения» требует присутствия аминокислоты, называемой BOC.
В отличие от других переключателей, о которых сообщалось, в этом методе не используются антибиотики, что устраняет риск отбора бактерий на устойчивость к антибиотикам, и при этом он не является «дырявым» - ситуация, при которой белки экспрессируются даже в «выключенном» режиме., проблема, с которой сталкиваются современные методы, зависящие от температуры или света. Переключатель, аминокислота, похожая на лизин, дешева, широко распространена, нетоксична и должна быть экологически чистой.
Исследовательские группы в Бате и Кардиффе успешно продемонстрировали переключение как в культивируемых клетках, так и в эмбрионах мышей на ранних стадиях без какой-либо обнаруживаемой активности экспрессии белка-мишени в отсутствие BOC.
Метод расширяет принцип, называемый расширением генетического кода. Чтобы продемонстрировать принцип, команда использовала трансгенных мышей, несущих ген, который заставляет их кожу светиться зеленым в ультрафиолетовом свете. Когда набор инструментов расширения генетического кода, адаптированный для редактирования генома, присутствовал в эмбрионах мышей, их геномная ДНК была эффективно отредактирована для удаления гена флуоресценции, но только тогда, когда присутствовал BOC. В отсутствие BOC редактирования не происходило. Эмбрионы, отредактированные таким образом, могли развиться в мышей, которые не флуоресцировали, но без BOC редактирования не происходило, поэтому эти мыши оставались зелеными.
Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.
Переключатель дает возможность контролировать множество биологических процессов с добавлением BOC. Они могут включать исследования и практические применения, в лабораторных пробирках, на целых животных или в обоих случаях. Например, его можно использовать для изучения того, как определенные белки влияют на старение клеток в культуре или у животных. Клинически это может дать возможность включить белки для усиления регенеративных процессов и предложить новый уровень контроля в генной терапии.
Одним из захватывающих потенциальных приложений может быть использование переключателя в технологии генного драйва. Генные драйвы могут использовать систему CRISPR-Cas9 таким образом, чтобы гарантировать, что все потомки видов, размножающихся половым путем, наследуют определенный генетический сегмент, преодолевая 50-процентную вероятность наследования, которую в противном случае могло бы дать половое размножение.
Характеристики, наделенные генным драйвом, могут быстро распространяться в популяции независимо от того, выгодны они или нет - например, были проведены испытания с использованием генного драйва для распространения генов у комаров, которые делают самок бесплодными, с намерением уничтожить популяцию. насекомого-распространителя малярии.
Однако, прежде чем использование генного драйва будет разрешено, необходимо решить несколько задач. После того, как они инициированы, их трудно или невозможно контролировать, и они могут работать на более широких территориях, чем хотелось бы, например, пересекая международные границы. Они могут иметь непреднамеренные последствия для окружающей среды или вызвать резистентность. Регулирование генных драйвов путем переключения Cas9 BOC обещает улучшить эти проблемы.
Профессор Тони Перри, который руководил командой Бата с факультета биологии и биохимии, сказал: «Наш переключатель - это способ контролировать экспрессию любого белка посредством расширения генетического кода».
Что отличает нашу работу, так это потенциал для экологически чистого переключения на большие расстояния, чего на самом деле не позволяет ни один из предыдущих методов. Например, вы можете представить себе контроль активности генного драйва в стадах домашнего скота, добавляя или удаляя BOC из корма по мере необходимости.
"Редактирование генов имеет огромный потенциал во всей биологической науке, от биомедицины до продовольственной безопасности, у насекомых, растений и животных."
Соавтор, д-р Юхсуан Цай из Кардиффа, сказал: «Хотя BOC предоставляет привлекательные и многообещающие средства для контроля редактирования, мы сейчас работаем над решением остающихся проблем и устранением недостатков в системе».