Ученые идентифицирует 188 новых систем редактирования генов CRISPR
Системы CRISPR — мощные инструменты генной инженерии, но у них есть свои ограничения. Теперь ученые обнаружили почти 200 новых систем CRISPR в их естественной среде обитания бактерий и обнаружили, что некоторые из них могут редактировать человеческие клетки даже более точно, чем существующие.
Инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9 — одна из важнейших научных разработок последнего десятилетия, благодаря которой ее первооткрыватели были удостоены Нобелевской премии по химии.
Ученые могут использовать его для эффективного редактирования человеческих клеток методом вырезания и вставки фрагментов ДНК, что потенциально позволяет лечить огромный спектр заболеваний, а также улучшать урожай сельскохозяйственных культур, бороться с вредителями и манипулировать бактериями.
Система содержит направляющую РНК, которая нацелена на сегмент ДНК, например тот, который вызывает заболевание, а затем использует фермент, обычно Cas9, чтобы вырезать эту последовательность и заменить ее чем-то более полезным. Совсем недавно были разработаны альтернативы Cas9 с другими свойствами, включая более высокую точность или более крупные изменения.
Теперь эта семья потенциально стала намного больше. Исследователи из Института Броуда использовали алгоритм для поиска новых систем CRISPR. В природе CRISPR — это инструмент самозащиты, используемый бактериями, поэтому команда провела глубокое исследование трех баз данных бактерий, обнаруженных в таких разнообразных средах, как антарктические озера, пивоварни и слюна собак. Алгоритм построен на основе метода, называемого локально-чувствительным хешированием, который группирует похожие объекты вместе, и в данном случае команда ученых настроила его на поиск генов, связанных с CRISPR.
В течение нескольких недель система идентифицировала тысячи систем CRISPR, в том числе 188 ранее неизвестных науке. В ходе лабораторных испытаний они продемонстрировали ряд функций и попали как в известные, так и в совершенно новые категории.
Некоторые из них принадлежали к классу систем CRISPR типа I, которые имеют более длинные последовательности направляющей РНК, чем Cas9. Это означает, что их можно более точно направить на свои цели, снижая риск нецелевых изменений – одну из основных проблем редактирования генов CRISPR.
В ходе испытаний было обнаружено, что две из этих систем типа I способны редактировать человеческие клетки, а их размер должен позволять доставлять их в тех же упаковках, которые в настоящее время используются для CRISPR-Cas9.
Другая система типа I продемонстрировала так называемую «побочную активность»: расщепление нуклеиновых кислот после связывания с мишенью. Этот механизм ранее использовался в диагностических инструментах, таких как SHERLOCK, для выявления заболеваний по образцам всего лишь одной молекулы ДНК или РНК.
Была обнаружена система типа VII, нацеленная на РНК, которая могла бы открыть ряд новых инструментов посредством редактирования РНК. Другие могут быть адаптированы для регистрации экспрессии определенных генов или в качестве датчиков активности в клетках.
Это исследование не только значительно расширяет область возможных инструментов редактирования генов, но и показывает, что изучение микробных экосистем в малоизвестных средах может принести потенциальную пользу человечеству.
Исследование было опубликовано в журнале Science.