Ученые использовали вирусы для доставки инструмента редактирования генов CRISPR бактериям
Ученые продемонстрировали новый потенциальный способ редактирования геномов бактерий в сложных условиях, снабдив вирусы способностью выслеживать их и внедрять систему редактирования генов CRISPR.
CRISPR — это инструмент, который позволяет ученым точно копировать и вставлять геномы живых клеток. Это стало возможным благодаря ферменту, который вырезает участок ДНК из мишени и позволяет заменить его чем-то более полезным.
Использование технологии позволило ученым не только найти новые способы лечения болезней , но и создать более здоровые сельскохозяйственные культуры, бороться с вредителями, удалять аллергены с домашних животных и превращать клетки в крошечные компьютеры.
В природе CRISPR изначально использовался бактериями в качестве защитного механизма от вирусов, которые охотятся на них, но в новом исследовании ученые изменили ситуацию. Они разработали вирусы, называемые бактериофагами (или фагами), которые могли нацеливаться на определенные штаммы бактерий и вводить им ДНК с CRISPR, чтобы внести определенные изменения в их геном.
В лабораторных тестах фагам, обозначенным как T7 и лямбда, было поручено доставить гены E. coli, которые заставили бактерии флуоресцировать и изменить их устойчивость к антибиотику. Изменения были замечены в бактериях, что указывало на то, что система работает.
В следующем тесте команда ученых использовала фаг лямбда для транспортировки того, что известно как редактор оснований цитозина. Этот инструмент не вырезает ДНК цели, а изменяет одну букву в последовательности, обеспечивая более мягкое редактирование для деактивации определенных генов.
«Мы использовали базовый редактор здесь как своего рода программируемый переключатель для генов E. coli », — сказал Мэтью Нетери, ведущий автор исследования. «Используя подобную систему, мы можем вносить в геном высокоточные однобуквенные изменения без разрыва двухцепочечной ДНК, обычно связанного с нацеливанием CRISPR-Cas».
Последний тест был разработан для имитации более естественной среды с использованием искусственной экосистемы (EcoFAB). Он включал загрузку резервуара синтетической почвой из песка и кварца, некоторой жидкостью и тремя различными типами бактерий, включая кишечную палочку.
Цель состояла в том, чтобы проверить, насколько хорошо фаги могут выследить свои цели в более реалистичной среде и могут ли они выделить кишечную палочку среди других видов.
Когда фаг лямбда был введен в EcoFAB, он добился приличного успеха в редактировании E. coli , и ученые сообщили об эффективности до 28% в популяции бактерий. Исследователи говорят, что при дальнейшей работе этот метод может в конечном итоге найти применение в крупномасштабном редактировании генов почвенных бактерий или, возможно, даже кишечного микробиома.
«Мы рассматриваем это как механизм, помогающий микробиому”, — сказал Родольф Баррангу, автор исследования. “Мы можем внести изменения в конкретную бактерию, и остальная часть микробиома останется невредимой. Это доказательство концепции, которая может быть использована в любом сложном микробном сообществе, что может привести к улучшению здоровья растений и желудочно–кишечного тракта — среды, имеющей важное значение для питания и здоровья».
Исследование было опубликовано в журнале PNAS.