fbpx

Каталог статей

Каталог статей для размещения статей информационного характера

Технології

Ще один крок вперед у редагуванні генів: зараз можна коригувати окремі букви геному

Метод редагування генів CRISPR-Cas9 після відкриття в 2012 році демонструє одне досягнення за іншим, пише The Economist.
Розроблений за зразком системи захисту бактерій, який подрібнює ДНК агресивних вірусів, він дозволяє легко і точно змінювати генетичний матеріал. Цей метод приніс революцію в біологічних дослідженнях і може широко застосовуватися в сільському господарстві і медицині.
Але він не ідеальний. Перший із його недоліків в тому, що найкраще він заміщає гени в клітинах, що діляться, а отже, мають необхідну молекулярну «фурнітуру для включення тільки що доставлених фрагментів нової ДНК. Другий — він починається з розриву ланцюгів ДНК, щоб утворилися в результаті проміжки можна було вмонтувати новий генетичний матеріал. Це може мати небажані наслідки. Третій — він не дуже підходить для коригування точкових мутацій. Це збої, що зачіпають одну-дві основи (неформально їх ще називають «літер» геному) в послідовності ДНК гена. Власне, цей недолік особливо проблематичний, адже десятки тисяч генетичних захворювань — результат саме таких точкових мутацій.
Втім, рішення цих проблем, особливо третьої, цілком реальне. Для цього можна змінювати конкретні нуклеотиди, не розрізаючи ланцюга ДНК, в які вони включені. Минулого тижня вийшла стаття, яка описує прийоми, з допомогою яких можна це робити: білкові машини під назвою «редактори нуклеотидних основ», які піддаються програмуванню, переставляють атоми однієї основи так, щоб вона перетворилася в кінці кінців в іншу. Ще одна наукова стаття описує, як домогтися схожого кінцевого результату — зміни в білку, кодованому геномі, — взагалі без безпосереднього залучення ДНК.
На початку
Зміна основ було винайдено в минулому році Девідом Лю з Гарвардського університету та його колегами. ДНК складається з чотирьох видів основ, кожна з яких прикріплена до однієї або двох молекулярним «хребтами», які скручуються в знамениту подвійну спіраль молекули ДНК. Ці основи часто називають А, Ц, Р і Т від перших літер їхніх повних хімічних назв (аденін, цитозин, гуанін і тимін). Своїми формами ці молекули з’явилися завдяки тому, що Ц на одного ланцюга подвійної спіралі завжди спарений з М протилежної ланцюга, а А — с Т. В редакторі основ доктора Ліу використовується поєднання CRISPR-Cas9 з ензимом цитидин-деаминаза. У ньому також використовувалася версія деактивованою Cas9, тобто ензим прикріплюється до ДНК, але вже її не розрізає. В результаті вийшла молекулярна конструкція, якій вдалося знайти конкретні пари підстав Р — Ц в клітці і перетворити їх у Т — А.
В одній з робіт, опублікованих минулого тижня в журналі Nature, описується спосіб розширення цього методу, з допомогою якого можна перетворювати пари А — Т Р — Ц. Таким чином можна коригувати більше генетичних помилок. Створити цей другий редактор основ було важче першого, тому що в природі немає еквівалента цитидин-деаминазы, використаної доктором Лю, а без нього механізм не буде працювати. Зате створити його взялася Ніколь Годелли з гарвардської команди Ліу.
Потрібний ензим — аденін-деаминаза, який працює з ДНК. Варіанти цього ензиму є, але вони діють на РНК — схожа, але не ідентичною молекулі. Годелли вирішила видозмінити варіант для РНК, щоб застосовувати його на ДНК.
Для початку вона взяла дуже популярну серед біологів бактерію Escherichia coli. Обрана нею E. coli мала дефекти в генах, які відповідають за стійкість до антибіотиків. Важливий момент: мутації, які спричинили за собою дефект в цих генах, можна було б, власне, виправити аденін-деаминазой, яка працює в ДНК. Тому Годелли створила багато різних варіантів РНК-версії цього гена, сподіваючись, що якийсь із них виявиться придатним для ДНК і проявить себе, рятуючи бактерії, які інакше загинули б від дії антибіотиків.
Вона вибрала найбільш перспективні варіанти, піддала їх повторної мутації і повторила цей процес. Врешті-решт отримала ензим, який можна було прикріпити до CRISPR-Cas9, щоб виконати перетворення пар основ А — Т Р — Ц. Це спрацювало. Поєднання інструментів для редагування основ дає бажаний ефект у більш ніж половині випадків. Використання тільки CRISPR-Cas9 для проведення таких точкових мутацій спрацьовує тільки в 4% випадків. Крім того, CRISPR-Cas9 часто непередбачувано вставляє або видаляє фрагменти ДНК. Під час редагування основ цього майже не спостерігається.
Фундамент прогресу
У статті, що вийшла в журналі Science, РНК дісталося більше уваги. Одна з найважливіших функцій РНК в клітині — переносити інформацію від генів в ядрі до механізмів виробництва білків у цитоплазмі: сигналізувати цим механізмам про те, що саме потрібно робити. У статті один з перших розробників методу CRISPR-Cas9 Фен Чжан з Інституту Броду в Кембриджі описує редактор основ із застосуванням Cas13 — ензиму, що розрізає РНК так, як Cas9 розрізає ДНК, і ще одного ензиму, який може нейтралізувати дію мутацій Р в А. Хоча редактор доктора Чжана працює з РНК, а не ДНК, його дію (принаймні тимчасово) така ж. Підставляючи одну основу замість іншого, він змінює склад, а отже, і дія білка.
Якщо подивитися на ці різні статті, стає помітною більш масштабна тенденція: інструментарій генної інженерії швидко розширюється. Зокрема, зараз випробують варіанти Cas9 з метою вдосконалення системи CRISPR-Cas9. Ще один ензим, Cpf1, швидко набирає популярність як замінник Cas9 для роботи з CRISPR.
Вчені, які розробили редагування нуклеотидних основ, замахнулися навіть на епігеном. Це система, за якої деякі гени вимикаються в результаті хімічного процесу під назвою метилювання. Це елемент механізму, який визначає, до якого типу клітин належить дана клітина. До недавнього часу епигеномное редагування здавалося справою далекого майбутнього. Але завдяки швидкості появи нових технологій по редагуванню генів можна цілком очікувати його і раніше. Зараз можливості генної інженерії здаються безмежними.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *