Генетики обучают клетки записывать свою собственную историю
Сконструированные клетки могут помочь исследователям понять, как они работают вместе, и отследить причины возникновения определенных заболеваний.
То, что исследователи знают о человеческих клетках, собрано по кусочкам, как альбом, полный снимков: здесь деление, там оплодотворение, и, возможно, немного дифференциации между ними. Хотя ученые сейчас знают о клетках больше, чем когда-либо прежде, этот способ заглянуть в жизнь клеток оставляет столько же вопросов, сколько и дает ответов.
Как именно клетка получает свою «судьбу» или сигнал для выполнения определенной цели? Почему некоторые клетки выбираются для участия в болезни, а другие — нет? Как, казалось бы, не связанные между собой клетки имеют общую историю?
Вскоре клетки смогут записывать ответы на эти вопросы внутри себя. Исследователи работают над созданием клеток, которые будут кодировать части их собственной истории в своей ДНК. Если это сработает, эти клеточные автобиографии могут помочь ученым понять, как клетки работают вместе или друг против друга, а также проследить происхождение некоторых заболеваний после их возникновения.
В статье, опубликованной в Nature Reviews Genetics, исследователи объясняют, как CRISPR может играть роль в этом процессе, получившем название «запись ДНК».
CRISPR, который позволяет осуществлять точное генетическое редактирование, ранее использовался для лечения смертельных заболеваний, повышения эффективности сельского хозяйства, проведения генетических исследований и многого другого. Теперь он может помочь клеткам хранить информацию о том, что они пережили, в своих геномах.
Джей Шендуре, биолог и специалист по секвенированию ДНК, начал использовать CRISPR для облегчения записи ДНК в клетках данио-рерио (аквариумные рыбки) почти десять лет назад. Он и его коллеги заметили, что когда сконструированные клетки делятся, они наследуют генетический шрам, который немного похож на штрихкод.
Этот штрихкод можно использовать для отслеживания связей между новыми клетками и теми, которые им предшествовали, открывая своего рода клеточное генеалогическое древо, которое ученые никогда раньше не видели.
Команда Джей Шендуре быстро поняла, что они не единственные ученые, работающие над таким проектом. Другие исследователи также с энтузиазмом пытались использовать CRISPR для записи ДНК. Работая вместе, объединенные усилия команд в конечном итоге привели к созданию «ДНК-пишущей машинки», системы, которая позволяет клеткам записывать историю своего деления, а также другой клеточный опыт.
ДНК-пишущая машинка использует разные «ключи» для создания различных отметок в геноме клетки. В статье, опубликованной в Nature Protocols в июне, утверждается, что пишущая машинка может транскрибировать «тысячи вставок в точном порядке, в котором они происходят», что приводит к ДНК-штрихкоду, который детализирует историю конкретной клетки. Пишущая машинка успешно прошла испытания на живых клетках млекопитающих, включая эмбриональные стволовые клетки мышей и фибробласты (клетки, которые создают и поддерживают соединительную ткань).
Хотя ДНК-пишущая машинка и подобные методы все еще находятся на экспериментальном уровне, они могут стать переломным моментом в медицинских и генетических исследованиях.
Ученые могли бы однажды прочитать штрих-код клетки, чтобы узнать, как именно она была использована для болезни, или как происхождение клетки играет роль в наследственном заболевании. Люди могли бы однажды использовать такие штрих-коды для отслеживания своего собственного меняющегося здоровья.