Среди наиболее значительных научных достижений последних лет - открытие и разработка новых способов генетической модификации живых существ с использованием быстрой и доступной технологии под названием CRISPR. Теперь ученые из Техасского университета в Остине говорят, что они нашли способ легкого обновления технологии, которая приведет к более точному редактированию генов с повышенной безопасностью, что может открыть дверь для редактирования генов, достаточно безопасного для использования на людях.
Группа молекулярных биологов обнаружила убедительные доказательства того, что Cas9, самый популярный фермент, используемый в настоящее время для редактирования генов CRISPR и первый из обнаруженных, менее эффективен и точен, чем один из менее используемых белков CRISPR, названный Cas12a..
Поскольку Cas9 с большей вероятностью редактирует неправильную часть генома растения или животного, нарушая здоровые функции, ученые утверждают, что переход на Cas12a приведет к более безопасному и эффективному редактированию генов в их исследовании, опубликованном в августе. 2 в журнале Molecular Cell.
«Общая цель состоит в том, чтобы найти лучший фермент, который дала нам природа, а затем сделать его еще лучше, а не брать первый, открытый в результате исторической случайности», - сказал Илья Финкельштейн, доцент кафедры молекулярной биологии. и соавтор исследования.
Ученые уже используют CRISPR, естественный механизм, используемый бактериями для защиты от вирусов, чтобы больше узнать о генах человека, генетически модифицировать растения и животных и разработать такие вдохновленные научной фантастикой достижения, как свиньи, содержащие жир- ген бойцовской мыши, приводящий к более постному бекону. Многие ожидают, что CRISPR приведет к новым методам лечения болезней человека и сельскохозяйственных культур, которые будут более урожайными или устойчивыми к засухе и вредителям.
Но существующие в природе системы CRISPR иногда нацелены не на то место в геноме, что применительно к людям может иметь катастрофические последствия, например, неспособность исправить генетическое заболевание и вместо этого превращение здоровых клеток в раковые.
Некоторые предыдущие исследования показали, что Cas12a является более предпочтительным, чем Cas9, но предыдущие исследования не дали окончательных результатов. Это последнее исследование, по словам исследователей, закрывает дело, показывая, что Cas12a является более точным скальпелем для редактирования генов, чем Cas9, и объясняя, почему..
Команда, возглавляемая аспиранткой Изабель Штрокендл и профессором Риком Расселом, обнаружила, что Cas12a более привередлив, поскольку связывается с геномной мишенью, как липучка, тогда как Cas9 связывается со своей мишенью скорее как суперклей. Каждый фермент несет короткую строку генетического кода, записанную в РНК, которая соответствует целевой строке генетического кода, записанной в ДНК вируса. Когда он сталкивается с какой-либо ДНК, фермент начинает пытаться связать ее, образуя пары оснований, начиная с одного конца и продвигаясь вперед, проверяя, насколько точно каждая буква на одной стороне (ДНК) соответствует соседней букве на другой стороне. другая сторона (РНК).
Для Cas9 каждая пара оснований склеивается плотно, как капелька суперклея. Если первые несколько букв с каждой стороны совпадают, то Cas9 уже прочно связан с ДНК. Другими словами, Cas9 обращает внимание на первые семь или восемь букв в геномной мишени, но уделяет меньше внимания по мере продвижения процесса, а это означает, что он может легко пропустить несоответствие позже в процессе, что приведет к редактированию неправильной части генома. геном.
Для Cas12a это скорее ремешок на липучке. В каждой точке пути связи относительно слабы. Требуется хорошее совпадение по всей полосе, чтобы две стороны удерживались вместе достаточно долго, чтобы сделать правку. Это повышает вероятность того, что он будет редактировать только предполагаемую часть генома.
«Это делает процесс образования пары оснований более обратимым», - сказал Рассел. «Другими словами, Cas12a лучше проверяет каждую пару оснований, прежде чем перейти к следующей. После семи или восьми букв Cas9 прекращает проверку, тогда как Cas12a продолжает проверять примерно до 18 букв."
Исследователи заявили, что Cas12a все еще не идеален, но исследование также предлагает способы дальнейшего улучшения Cas12a, возможно, когда-нибудь реализуя мечту о создании «прецизионного скальпеля», по существу защищенного от ошибок генотипа. инструмент редактирования.
«В целом, Cas12a лучше, но были некоторые области, где Cas12a все еще был удивительно слеп к некоторому неправильному спариванию между его РНК и геномной мишенью», - сказал Финкельштейн. «Итак, наша работа показывает четкий путь дальнейшего улучшения Cas12a».
Исследователи в настоящее время используют эти идеи в последующем проекте, направленном на разработку улучшенного Cas12a.
Другими соавторами исследования являются аспирант Джеймс Рыбарски и бывшая студентка бакалавриата Фатема Сайфуддин.