Новий рекорд за кількістю геномних редагувань у клітині: понад 13 000

Команда дослідників з Гарвардського університету повідомила, що їй вдалося здійснити досі наймасштабніше редагування ДНК. Вчені внесли в геном клітини понад 13 тисяч змін, а вона продовжила нормально функціонувати.

“Антихак” всередині клітин

Дослідники продовжують експериментувати з інноваційним методом редагування геному CRISPR-Cas9. Але що це таке? Молекулярна машина CRISPR не є штучно створеною, вона є природною частиною геному бактерій та архей як захист від вірусів. Така собі імунна система мікроорганізмів, яка працює з клітинним ДНК. Однак після її відкриття наприкінці 1980-х заповзятливі вчені швидко знайшли їй застосування для задоволення людських потреб.

В структурі CRISPR є повторювані ділянки, які чергуються з унікальними – спейсерами – ділянками, що є копіями ділянок ДНК небезпечних для бактерії вірусів. Дуже вдалим є порівняння цих повторів з “полицями”, а спейсерів – з “досьє” на віруси або ж їхніми “фотографіями”. Коли всередину клітини потрапляє вірус з таким самим фрагментом геному, що є в структурі CRISPR, він розпізнається ферментом Cas9. Фермент швидко “розрізає” вірусну ДНК та запускає процес повного знищення ДНК вірусу.

Робота CRISPR-Cas в дії. Джерело: Nature Communications

Останні роки величезна кількість дослідників працює над вдосконаленням методики, сподіваючись, що це допоможе людству побороти чи не всі хвороби та вдосконалити наші можливості. Зазвичай редагування ДНК відбувається точково, по одному за раз. Але на цей раз учені стверджують, що розробили методику, яка розв’язує цю проблему.

“Гени-стрибуни”

Мішенню для “молекулярних ножиць” вчені обрали ділянки ДНК, що називаються транспозонами. Їх ще називають “гени-стрибуни”, оскільки вони можуть вільно переміщуватися по геному та відтворюватися. Вони відносяться до некодуючих ділянок ДНК. І хоча вони складають інколи переважну частину геному (у людей – близько 50%), поки що їхня роль для організму достеменно невідома. Вважається, що транспозони можуть спричиняти в організмі шкідливі мутації, призводити до важких хвороб. З метою кращого розуміння цього процесу вчені з Гарварду спробували вимкнути транспозони типу LINE-1, а це приблизно 17% геному.

Попередній рекорд із найбільшого числа одночасних геномних редагувань транспозонів складав 62 в одній живій яйцеклітині свині. Причина, через яку виникають складнощі на великому масштабі, полягає в тому, що в технології CRISPR ДНК саме розрізається. Якщо її одномоментно розрізати в сотнях або тисячах місць, як це необхідно у випадку з величезною кількістю транспозонів, то ДНК просто зруйнується, а клітина загине.

Науковцям вдалося зробити таку величезну кількість модифікацій завдяки тому, що були використані дві вдосконалені варіації CRISPR з назвою “редактори основ”. Вони відрізняються від звичної тим, що не розрізають ДНК, а одразу замінюють одні азотисті основи на інші.

Таким чином, дослідники спромоглися здійснити 13 200 редагувань геному у спеціальній лабораторній культурі клітин людини та 2 600 змін у людській стовбуровій клітині без наслідків для їх життєздатності.

Автори статті вважають, що розроблена ними можливість масштабних редагувань сприятиме розвитку персоналізованої медицини за допомогою CRISPR-терапії. А ще, це може стати новим кроком в сфері синтетичної біології, в якій стане можливим перезаписати цілі геноми ссавців. Власне, саме вирішення цих завдань є основною метою компанії Editas Medicine, співзасновником якої є один з авторів.

Описана наукова стаття є попередньою публікацією роботи і поки що не була рецензована та опублікована в наукових журналах. Однак, якщо результати команди з Гарварда будуть підтверджені, ми побачимо значний прогрес у генній інженерії вже найближчими роками.

bioRxiv (2019), doi: 10.1101/574020

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або
Каталіна Маркуш
  • 15 записів
  • 0 дописів
Має вищу біологічну освіту, пройшла курс підвищення кваліфікації за програмою "Наукова комунікація". Цікавиться сучасними досягненнями науки, зокрема в біології та медицині.