Запись на ДНК RW
Превращаем клетку в «черный ящик»
Максим Руссо, Полит.ру
Современные технологии редактирования генома позволяют превратить молекулы ДНК в записывающее устройство, подобное «черному ящику» в самолетах. Оно будет регистрировать информацию о событиях, происходящих с клеткой, отслеживая изменения в экспрессии генов и во внешних условиях.
Недавно одна из подобных систем предложена в опубликованном недавно журналом Science исследовании Вэйсинь Тан (Weixin Tang) и Дэвида Лю (David R. Liu), работающих в Институте Эли и Эдит Брод (Broad Institute) и отделении химии и биохимии Гарвардского университета (Rewritable multi-event analog recording in bacterial and mammalian cells). При ее создании была использована популярная сейчас технология CRISPR-Cas9. «Подобно тому, бортовой самописец регистрирует события, которые происходят с самолетом, устройства регистрации в клетке могут использоваться для мониторинга стимулов, которым она подвергается, или изменений в передаче сигнала в клетке», – говорит Дэвид Лю. Для созданной ими системы ученые выбрали название CAMERA – CRISPR-mediated analog multi-event recording apparatus.
Напомним, что технология CRISPR-Cas9 состоит из направляющей РНК, которая определяет заданную последовательность нуклеотидов в ДНК клетки, а также белка Cas9, разрезающего цепочку ДНК в указанном месте. Система CAMERA 1, созданная Вэйсинь Тан и Дэвидом Лю, работает в бактериальных клетках. Она состоит из плазмид (кольцевых молекул ДНК, содержащихся в бактериальной клетке), в последовательности нуклеотидов которых есть сигнал для направляющей РНК. Также в этих бактериальных клетках вырабатывает белок Cas9, но только в присутствии конкретного антибиотика.
Исследователи поместили в бактериальные клетки как те плазмиды, в которых имелся сигнал для системы CRISPR-Cas9, так и обычные немодифицированные плазмиды. Соотношение двух типов плазмид измерялось. После этого можно было воздействовать на клетки избранным антибиотиком. Он вызывал активизацию белка Cas9, и тот принимался уничтожать модифицированные плазмиды. Соотношение плазмид в клетке менялось. По величине этого изменения можно определить количество добавленного в среду антибиотика и продолжительность его воздействия на бактериальные клетки. Так плавающие в цитоплазме плазмиды превратились в носитель информации. Более того, Вэйсинь Тан и Дэвид Лю научились «обнулять счетчик» и использовать тот же набор плазмид для регистрации последующих воздействий на клетку.
В основу второй системы тех же авторов (CAMERA 2) была положена модифицированная технология CRISPR-Cas9, которая позволяет, не разрезая молекулу ДНК, заменять в ней в указанном месте конкретный нуклеотид. Например, цитозин на тимин или аденин на гуанин. Такая модифицированная технология редактирования ДНК была разработана в лаборатории Дэвида Лю в прошлом году.
При помощи системы CAMERA 2 можно записать до четырех типов событий, происходящих с клеткой, включая воздействие на нее света и проникновение вирусов, причем запись отражает хронологический порядок этих событий. Особенный интерес представляет продемонстрированная в исследовании возможность записи работы сигнального пути Wnt, который связан с регулированием дифференцировки клеток и эмбрионального развития. Модифицированная система CAMERA 2 работает уже не в бактериальных клетках, а в клетках млекопитающих. Для надежного считывания информации достаточно всего от десятка до сотни клеток со встроенными регистраторами.
Пока подобные «клеточные регистраторы» представляют собой скорее остроумные инженерные решения, но уже сейчас ясно, что существуют перспективы их практического применения. Например, команда биолога Харриса Вана (Harris Wang) из Медицинского центра Колумбийского университета намерена использовать подобные регистраторы при изучении бактерий человеческого кишечника. А Ян Филипп Юнкер (Jan Philipp Junker) и его коллеги из Центра молекулярной медицины имени Макса Дельбрюка в Берлине работают над регистратором, который будет прослеживать пути развития отдельных клеток организма (в экспериментах на рыбах данио рерио).
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru