Редактор, которому не нужен корректор
Ученые: новая версия ДНК-редактора меняет геном с 100% точностью
Американские молекулярные биологи представили миру новую версию революционного геномного редактора CRISPR/Cas9, которая меняет ДНК почти с 100%-ной точностью и крайне редко вносит лишние «правки» в структуру генома, говорится в статье, опубликованной в журнале Science (Slaymaker et al., Rationally engineered Cas9 nucleases with improved specificity).
«Большая часть из опасений, связанных с безопасностью CRISPR/Cas9, связаны с тем, что данная система может вносить изменения в ненужные регионы генома. Мы надеемся, что создание eSpCas9 позволит нейтрализовать часть из этих опасений, но конечно, этот белок не является панацеей. Сфера геномного редактирования стремительно развивается, и нам еще многое предстоит узнать, прежде чем мы сможем применять ее на практике», – заявил Фэн Чжан (Feng Zhang) из Массачусетского технологического института (в пресс-релизе Broad, MIT scientists overcome key CRISPR-Cas9 genome editing hurdle – ВМ).
Чжан и его коллеги являются разработчиками революционной системы редактирования генома – CRISPR/Cas9, позволяющей произвольным образом удалять и заменять отдельные гены и фрагменты ДНК. Первые версии этой технологии появились в 2013 году, когда Чжан и его коллеги осознали, что встроенный в бактерии Streptococcus pyogenes «антивирус» – систему CRISPR – можно использовать, вместе с другим бактериальным белком, ДНК-ножницами Cas9, для редактирования генома.
В 2013 году началось бурное развитие этой технологии, и на сегодня ее успели использовать для редактирования геномов десятков живых существ, в том числе и человеческих эмбрионов, в чем сознались китайские генетики в апреле этого года. Эти опыты раскрыли главный недостаток CRISPR/Cas9 – «редактор», особенно при множественном изменении генов, иногда ошибался и удалял ненужные сегменты ДНК.
Подобное поведение допустимо при генетических экспериментах в лаборатории, но недопустимо в медицинской практике, где подобная опечатка может стоить жизни человеку, в ДНК которого производится «хирургическое вмешательство».
Чжан и его коллеги потратили последние два года на то, чтобы найти способы заставить Cas9 не вмешиваться в работу тех частей генома, которые не нуждаются в правке. Плодом их усилий стал новый белок eSpCas9, структура которого отличается от оригинала всего на три «буквы»-аминокислоты.
Эти изменения, как рассказывает Чжан, сделали фермент более привередливым – теперь он не начинает резать ДНК в тех случаях, когда РНК-«шаблон», содержащий в себе «негатив» вырезаемого гена, лишь частично совпадает с нужной последовательностью генетических «букв»-нуклеотидов.
Команда Чжана смогла добиться этого благодаря тому, что ученые хорошо изучили то, как нить нуклеотидов сцепляется с Cas9 и как на этот процесс влияют заряды молекулы ДН и самого фермента, что позволило им, при помощи компьютера, подобрать такие изменения в структуре белка, что он стал слабее связываться с неправильно соединившимися РНК-«шаблонами».
Рисунок из статьи в Science – ВМ
Как показали первые эксперименты с eSpCas9, данная версия белка позволяет достичь фактической 100%-ной точности редактирования генома, что в принципе позволяет использовать CRISPR/eSpCas9 для тонкой «молекулярной хирургии» и потенциальных клинических целей.
Сам Чжан предупреждает, что говорить об этом пока рано – для решения подобных задач требуются дополнительные проверки надежности eSpCas9, а также всестороннее обсуждение этических аспектов редактирования генома. Для стимуляции дискуссии и экспериментов ученые открыли «исходный код» eSpCas9, что позволит молекулярным биологам со всего мира проверить работу новой версии белка и попытаться найти изъяны в разработке Чжана и его коллег.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
02.12.2015