Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Vitacoin

CRISPR-Cas3: редактирование без ошибок

Ученые выяснили, как сделать новый геномный редактор безопасным для людей

РИА Новости

Биологи впервые получили атомные «фотографии» одной из версий геномного редактора CRISPR/Cas и обнаружили в нем систему коррекции ошибок, модификация которой сделает его более безопасным для человека, говорится в статье, опубликованной в журнале Cell (Xiao et al., Structure Basis for Directional R-loop Formation and Substrate Handover Mechanisms in Type I CRISPR-Cas System).

«Для того, чтобы мы могли использовать CRISPR в медицине, мы должны быть полностью уверены в том, что эта система работает со 100% точностью и что она не редактирует совсем не те гены, которые она должна менять. Мы обнаружили, что система CRISPR-Cas3 обладает такой чертой, и теперь мы знаем, как можно поменять ее работу, если при редактировании генома все же возникнут ошибки», – объясняет Айлун Кэ (Ailong Ke) из Корнеллского университета (США).

Молекулярные опечатки

Геномный редактор CRISPR/Cas9, названный главным научным прорывом 2015 года, был открыт американским ученым Фэнем Чжаном (Feng Zhang) и рядом других молекулярных биологов примерно четыре года назад, и с тех пор он пережил несколько модернизаций, которые позволяют ученым использовать его для редактирования генома со сверхвысокой точностью.

На самом деле, CRISPR/Cas9, как и многие другие вещи, изобрел не человек, а природа – изначально данная система развилась внутри бактерий сотни миллионов лет назад для защиты от ретровирусов. Он состоит из двух компонентов – «библиотеки» образцов генетического кода вирусов (CRISPR), и фермента Cas9, ищущего подобные последовательности в ДНК бактерии и удаляющего их при необходимости.

В 2013 году началось бурное развитие этой технологии, и на сегодня ее успели использовать для редактирования геномов десятков живых существ, в том числе и человеческих эмбрионов, в чем сознались китайские генетики в апреле 2015 года. Эти опыты раскрыли главный недостаток CRISPR/Cas9 – редактор, особенно при множественном изменении генов, иногда ошибался и удалял ненужные сегменты ДНК.

Подобное поведение допустимо при генетических экспериментах в лаборатории, но недопустимо в медицинской практике, где подобная опечатка может стоить жизни человеку, в ДНК которого производится «хирургическое вмешательство».

Генетическая швея

Кэ и его коллеги нашли потенциально быстрый способ добавить систему исправления подобных «опечаток» в CRISPR/Cas9, изучая другой подобный бактериальный «антивирус» – систему CRISPR/Cas3. Ее главным отличием от CRISPR/Cas9 является то, что она не просто удаляет вирусную ДНК из генома бактерии, а разрушает те последовательности ДНК, «шаблоны» которой есть в противовирусной генетической «базе данных» микроба.

Эта система в прошлом не привлекала внимания ученых потому, что ее нельзя было использовать для того, чтобы удалять небольшие сегменты из ДНК пациентов и заменять их на корректные последовательности генетических «букв»-нуклеотидов. Оказалось, что в нее были встроены системы «верификации» удаляемых последовательностей, которые защищают клетку от того, чтобы CRISPR/Cas3 не уничтожил по ошибке сам геном микроба.

Для обнаружения этих систем ученым пришлось сначала охладить молекулы CRISPR/Cas3 до температур, близких к абсолютному нулю, а затем использовать специальный электронный микроскоп для получения их фотографий на почти атомном уровне.

Cas3-1.png

Образец снимка молекул CRISPR с помощью криоэлектронного микроскопа (слева). Исследовательская группа объединила сотни тысяч двумерных изображений (справа), чтобы получить объемную схему работы генного редактора. На рисунке внизу синим выделена молекула РНК, оранжевым и красным – частично расплетенные нити ДНК. Рисунки из пресс-релиза Harvard Medical School Bringing CRISPR into Focus – ВМ.

Cas3-2.gif

Эти снимки показали, что система коррекции в CRISPR/Cas3 работает достаточно простым образом. Сначала она ищет в анализируемой ДНК последовательность, похожую на ту, которая содержится в одном из шаблонов из «библиотеки» CRISPR. Если она находит подобный набор «букв»-нуклеотидов, то она изгибает одну из двух нитей ДНК, «отрывая» ее при этом от второй нити, и пытается соединить ее с шаблоном.

В случае, если это удается сделать, система CRISPR/Cas3 меняет свою структуру, вытягивая вторую нить ДНК аналогичным образом, и позволяет белку Cas3 начать их уничтожение. Если шаблон и нить ДНК совпадут не полностью, то петли будут асимметричными, что не позволит Cas3 уничтожить их. Это защищает клетку от случайного уничтожения других участков ДНК, по каким-то причинам похожим на то, как устроен геном вируса.

Изучение того, как работает эта часть CRISPR/Cas3, как надеются ученые, поможет их коллегам понять, как сделать CRISPR/Cas9 более безопасным для редактирования генома человека в терапевтических целях.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 30.06.2017


Читать статьи по темам:

генная инженерия мутация Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Пирог мой не сырой!

Эксперты компаний, разрабатывающие технологию редактирования генома CRISPR/Cas9, подвергли резкой критике недавнюю публикацию в журнале Nature Methods.

читать

Осторожнее с редактированием генома!

Метод CRISPR-Cas9 может привести к сотням непреднамеренных мутаций, а алгоритмы по предсказанию его влияния на организм выдают ошибочные результаты.

читать

С точностью до нуклеотида: подробности

Теперь точечные изменения в ДНК можно вводить намного более прямым путем, чем это делалось до сих пор – без разрезания ее нитей, которое может быть опасно само по себе.

читать

С точностью до нуклеотида

Новая версия популярного геномного редактора CRISPR/Cas9 позволяет безошибочно удалять и исправлять мутации длиной всего в одну «букву» ДНК.

читать

Модели болезней почек «в пробирке»

Биоинженеры из нескольких университетов США вырастили миниатюрную человеческую почку из плюрипотентных стволовых клеток и ввели ее геном изменения, свойственные двум распространенным почечным заболеваниям.

читать