Система CRISPR следующего поколения позволяет осуществлять точный поиск и замену генов

Система редактирования генов CRISPR является одним из наиболее важных достижений в медицине в последние годы. Внося правки с помощью нее в ДНК, ученые могут исправить целый ряд проблем со здоровьем, но у инструмента есть и свои проблемы.

И вот теперь ученые из Гарварда и Массачусетского технологического института создали новый подход, называемый «Prime editing», который может исправить почти 90 процентов генов, вызывающих заболевания.

Первая система CRISPR, созданная для редактирования генома человека, работала с использованием фермента Cas9. После того, как направляющие РНК подводили инструмент к нужному участку генома, Cas9 затем разрезал обе цепи ДНК в двух местах, удаляя участок ДНК и заменяя его чем-то другим.

Идея заключалась в том, что проблемные гены, такие как те, которые вызывают определенные генетические заболевания, могут быть полностью вырезаны и заменены более доброкачественными или полезными кусочками ДНК.

Как бы ни была мощна эта система, она не обошлась без рисков. Полное вырезание фрагментов ДНК и последующее введение новых может привести к ошибкам, а некоторые исследования показывают, что это может увеличить шансы пациента на рак.

Вдобавок ко всему, инструмент может иногда упускать правильное место редактирования, вместо этого делая «нецелевые» правки, которые могут вызвать всевозможные проблемы.

Теперь ученые представили «Prime editing». Эта новая версия инструмента разработана, чтобы быть более мягкой и точной, соединяя фермент Cas9 с двумя новыми компонентами — белком обратной транскриптазы (RT) и первичной направляющей для редактирования РНК (pegRNA).

Сначала, pegRNA направляет главного редактора к нужной части генома. Там вместо того, чтобы разрезать обе нити ДНК, фермент Cas9 выбивает только одну нить. РНК также содержит последовательность букв, которые будут вставлены в геном — белок RT считывает эту последовательность и записывает соответствующие буквы ДНК в конец вырезанного фрагмента ДНК. Это можно сделать путем преобразования отдельных букв ДНК в другие.

Затем, сама клетка естественным образом вырезает исходную, нежелательную последовательность ДНК и запечатывает новые буквы в геноме. Но это создает несоответствие между двумя цепями — одна половина последовательности ДНК будет отредактирована, а другая — нет.

Чтобы это исправить, другая направляющая РНК затем направит главного редактора на «неотредактированную цепь». Эта небольшая «травма» говорит клетке о необходимости восстановить цепь ДНК, и она сделает это путем копирования отредактированной цепи.

Конечным результатом является фрагмент ДНК, который полностью отредактирован, с меньшим шансом для нецелевых мутаций и возможностью более точного редактирования.

«Главное стремление в молекулярных науках о жизни — это способность точно вносить любые изменения в геном в любом месте», — говорит Дэвид Лю, старший автор исследования. «Мы считаем, что «Prime editing» приближает нас к этой цели. Нам неизвестна другая технология редактирования в клетках млекопитающих, которая предлагает такой уровень универсальности и точности с таким небольшим количеством побочных эффектов».

Ученые планирует продолжить тестирование новой техники редактирования ДНК на человеческих клетках и животных моделях, исследовать, как она влияет на клетки, и в конечном итоге подготовить ее к потенциальным клиническим испытаниям на людях.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.