Создан новый революционный механизм редактирования ДНК
|
CRISPR-Cas9 — революционный инструмент для редактирования генов, но И у него есть свои недостатки. Ученые из Гарварда продемонстрировали альтернативную систему генной инженерии под названием Retron Library Recombineering (RLR), которая работает без прямого разрезания ДНК и может быть быстро применена к целым популяциям клеток. CRISPR работает как генетические «ножницы», способные вносить точные изменения в геном живых клеток. Система может искать определенную последовательность ДНК, а затем использовать фермент, чаще всего Cas9, чтобы аккуратно разрезать ее. Когда клетка выполняет процедуры восстановления своей ДНК, CRISPR дает ей команду использовать другую последовательность вместо исходной, тем самым редактируя геном. |
Эта система уже доказала свою неоценимую роль в ряде приложений, от лечения таких заболеваний, как рак, ВИЧ и мышечная дистрофия, до борьбы с вредителями, улучшения урожая и создания биологических компьютеров из бактерий. Однако есть и потенциальные проблемы. Разрезание ДНК может вызвать некоторые непреднамеренные побочные эффекты, и ученые уже высказывали опасения, что CRISPR может вносить изменения в неправильную часть генома. Кроме того, уже внесенные изменения порой сложно масштабировать, а потому у ученых не выйдет внести большое количество правок за один раз и отслеживать эффекты конкретных мутаций даже в лабораторных тестах. |
Новая технология редактирования генов, разработанная исследователями из Гарвардской медицинской школы и Института Висса, пытается решить эти проблемы. Основное отличие RLR заключается в том, что он вообще не разрезает ДНК — вместо этого он вводит новый сегмент ДНК, пока клетка реплицирует свой геном перед делением. Методика делает свою работу с помощью ретронов, которые представляют собой сегменты бактериальной ДНК, производящие фрагменты одноцепочечной ДНК. Оказывается, изначально это был механизм самозащиты, который бактерии использовали, чтобы проверить, не заражены ли они вирусом. |
Добавляя желаемый сегмент ДНК вместе с одноцепочечным белком (SSAP), система RLR гарантирует, что предполагаемый сегмент ДНК окажется в геноме дочерней клетки после деления исходной клетки. «Мы решили, что ретроны должны давать нам возможность производить одноцепочечные ДНК внутри клеток, вместо того, чтобы пытаться заставить их проникнуть в клетку извне. Мы также избегаем повреждений нативной ДНК, что значительно облегчает задачу», — пояснил Дэниел Гудман, соавтор исследования. |
У новой системы есть и другие преимущества. Она хорошо масштабируется, позволяя производить миллионы мутаций одновременно, а доля отредактированных клеток фактически увеличивается с течением времени по мере репликации клеток. Последовательность ретрона также можно отслеживать как «штрих-код», что позволяет ученым легко проверять, какие клетки получили какие изменения, при попытке изучить эффекты мутаций. |
Чтобы протестировать систему, исследователи применили ее к редактированию популяций кишечной палочки. Они использовали ретроны, чтобы ввести в бактерии гены устойчивости к антибиотика. После ряда других настроек, предназначенных чтобы помешать микробам исправить изменения ДНК (которые бактерия, естественно, посчитает «ошибкой»), ученые обнаружили, что более 90% микробов в среде включили желаемую последовательность в свой естественный геном всего через 20 поколений! А благодаря штрих-кодам ретронов команда смогла легко отследить, какие изменения привели к переносу нужных генов в бактериальный геном. |
Хотя предстоит еще много работы, команда уверена, что новый инструмент RLR может иметь множество приложений. В краткосрочной перспективе он может позволить изучать бактериальные геномы и их мутации, потенциально помогая создавать новые полезные штаммы или раскрывать варианты решения таких проблем, как устойчивость к антибиотикам. В долгосрочной перспективе он также может привести к созданию более безопасной альтернативы CRISPR для других организмов, включая нас с вами. |
Источник |
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
|