В наши дни в биотехнологии CRISPR/Cas9 является горячей темой из-за его полезности в качестве точного инструмента редактирования генов. До того, как люди переделали его, CRISPR/Cas9 был своего рода бактериями внутренней иммунной системы, используемыми для защиты от фагов или вирусов, заражающих бактерии, путем разрезания ДНК фагов.
Ученые из Медицинской школы Университета Эмори и Отделения Макса Планка по изучению патогенов обнаружили, что компонент «ножницы» CRISPR/Cas9 иногда застревает.
Cas9, фермент, который разрезает ДНК, также может блокировать активность генов без каких-либо разрезов. У патогенной бактерии Francisella novicida Cas9 регулирует гены, которые должны быть отключены, чтобы бактерии вызывали заболевание.
Результаты были опубликованы 27 июня в Molecular Cell.
Микробиолог Эмори Дэвид Вайс, доктор философии, и его коллеги идентифицировали Cas9 несколько лет назад, когда искали гены, регулирующие вирулентность F. novicida. F. novicida является близким родственником бактерии, вызывающей туляремию, и растет внутри клеток млекопитающих. Для текущей статьи, объясняющей, почему Cas9 важен для вирулентности, его лаборатория объединилась с исследователями из Германии во главе с Эммануэль Шарпантье, доктором философии, чья работа над CRISPR/Cas9 привела к его использованию в качестве инструмента редактирования генов.
Исследователи обнаружили, что у F. novicida Cas9 регулирует всего четыре гена, каждый из которых должен быть отключен, чтобы бактерии могли вызывать заболевание. В своей роли ДНК-ножниц/защиты фага Cas9 управляется РНК, комплементарной мишени. Когда Cas9 блокирует активность генов, Cas9 использует другую направляющую последовательность РНК, которая не позволяет ножницам резать из-за своей меньшей длины.
У других типов бактерий Cas9 также важен для способности вызывать заболевания.
«Эти результаты повышают вероятность того, что включение и выключение генов может быть широкой функцией Cas9 у различных бактерий», - говорит аспирант Ханна Ратнер, первый автор статьи. «Вопрос, поднятый в этом исследовании, заключается в том, может ли способность Cas9 подавлять транскрипцию помочь объяснить огромное количество неопознанных мишеней Cas9».
Кроме того, исследователи смогли заново сконструировать Cas9 для подавления новой мишени, гена, который делает бактерии устойчивыми к антибиотикам последней линии, повышая чувствительность бактерий к лечению антибиотиками.
«Возможность программирования одного и того же белка для множества различных функций подчеркивает и расширяет невероятную универсальность Cas9 для приложений геномной инженерии», - говорит Ратнер.