Исследователи впервые продемонстрировали, как две молекулярные стратегии могут защитить эксперименты с генным драйвом CRISPR в лаборатории, согласно исследованию, опубликованному сегодня в eLife.
Их результаты, впервые опубликованные на bioRxiv, предполагают, что ученые могут эффективно использовать синтетические целевые сайты и раздельные диски для проведения исследований генных драйвов, не беспокоясь о случайном распространении среди естественной популяции.
Генные драйвы, подобные тем, что испытаны на малярийных комарах, представляют собой генетические пакеты, предназначенные для распространения среди населения. Они делают это с помощью процесса, называемого «конверсией привода», когда фермент Cas9 и молекула, называемая направляющей РНК (гРНК), разрезают определенный участок генома. Затем диск копируется, когда разрыв ДНК восстанавливается.
«Генные драйвы на основе CRISPR вызвали как энтузиазм, так и глубокую озабоченность из-за их потенциала для генетического изменения целых видов», - объясняет первый автор Джексон Чампер, научный сотрудник кафедры биологической статистики и вычислительной биологии Корнельского университета. Нью-Йорк. «Это поднимает вопрос о нашей способности предотвратить непреднамеренное распространение таких дисков из лаборатории в естественный мир.
"Существующие стратегии по предотвращению случайного распространения включают физическое удержание организмов, содержащих драйв. Однако неясно, достаточно ли это снижает вероятность любого случайного побега в дикую природу, учитывая возможность человеческой ошибки."
Недавно были предложены две стратегии молекулярной защиты, которые выходят за рамки простого удержания исследовательских организмов. Во-первых, это синтетический привод сайтов-мишеней, который встраивается в сконструированные геномные сайты, отсутствующие в диких организмах. Второй - разделенный драйв, когда в конструкции драйва отсутствует тип фермента, называемого эндонуклеазой, и вместо этого он полагается на один, встроенный в отдаленный участок.
«Характер этих стратегий означает, что они должны предотвращать эффективное распространение за пределы соответствующих лабораторных линий», - добавляет Чампер. «Мы хотели посмотреть, имеют ли они оба аналогичные характеристики со стандартными самонаводящимися двигателями, и будут ли они, следовательно, подходящими заменителями в ранних исследованиях генных драйвов».
Для этого команда разработала и испытала три синтетических целевого диска на плодовой мушке Drosophila melanogaster. Каждый диск нацелен на ген усиленного зеленого флуоресцентного белка (EGFP), введенный в один из трех разных участков генома. Для разделенных дисков они разработали конструкцию диска, которая нацелена на сцепленный с Х-хромосомой ген желтый и лишена Cas9.
Их анализ показал, что генные диски CRISPR с синтетическими целевыми сайтами, такими как EGFP, демонстрируют поведение, аналогичное стандартным дискам, и поэтому могут использоваться для большинства тестов вместо этих дисков. Разделенные диски продемонстрировали аналогичную производительность, а также позволяют нацеливаться на естественные последовательности в ситуациях, когда использование синтетических целей затруднено. К ним относятся меры по подавлению популяции, требующие воздействия на встречающиеся в природе гены.
«Основываясь на наших выводах, мы предлагаем последовательно применять эти стратегии защиты при разработке и тестировании будущих генных драйвов», - говорит старший автор Филипп Мессер, доцент кафедры биологической статистики и вычислительной биологии Корнеллского университета. Университет. «Это будет важно для крупномасштабных экспериментов в клетках, направленных на улучшение нашего понимания ожидаемой динамики популяции потенциальных драйвов. В конечном счете, это понимание будет иметь решающее значение для обсуждения осуществимости и рисков выпуска успешных драйвов в дикую природу, например, для уменьшения малярия и другие трансмиссивные болезни."