CRISPR тот же, Cas другой: учёные описали новый генный редактор

Структура фермента CasX (серый цвет), который использует РНК (красный) для нацеливания и разрезания ДНК (синий).

Иллюстрация UC Berkeley.

Технология редактирования генов CRISPR, несколько лет назад ставшая настоящим научным прорывом, уже не раз успела доказать свою эффективность. При помощи молекулярных ножниц учёные могут разрезать ДНК растений, животных и человека, в том числе человеческого эмбриона.

Система CRISPR основана на молекулярном противовирусном механизме, подсмотренном у бактерий. Её ключевым компонентом является позаимствованный у одноклеточных фермент Cas9. Им управляет короткий фрагмент генетического кода – РНК-гид. Он указывает на нужный участок ДНК, и цепочка разрезается в этом месте.

Cas9 считается одним из самых легко программируемых ферментов, но это не означает, что он самый эффективный. Так, было доказано, что менее известный фермент CRISPR под названием Cas12a может снизить количество ошибок при редактировании генов.

Теперь же исследователи из Калифорнийского университета в Беркли описали преимущества ещё одного члена Cas-семейства – белка CasX.

Он бы найден у бактерий, которые не несут угрозы человеческому здоровью: речь идёт о микроорганизмах из грунтовых вод и осадочных отложений. И это снижает вероятность того, что такой белок вызовет иммунную реакцию (в то время как у фермента Cas9 больше шансов спровоцировать иммунный ответ).

Кроме того, CasX намного меньше Cas9 и ему легче проникать внутрь клеток. Это повышает точность доставки генного редактора и, соответственно, шансы на успешное изменение нужного участка ДНК (тогда как использование Cas9 чревато множеством побочных мутаций).

Изучив молекулярную структуру и форму белка при помощи криоэлектронной микроскопии, эксперты пришли к выводу, что он, очевидно, эволюционировал независимо от Cas9. Хоть эти "братья" и принадлежат к одному семейству, но не имеют общего предка.

Но так ли хорош CasX вне организма хозяина, как может показаться?

Проведя ряд тестов, исследователи убедились, что фермент способен нацеливаться на специфические последовательности, прорезать двухцепочечную ДНК и связываться с ДНК для регуляции генов. Причём эксперименты проходили как с бактериальной ДНК (кишечной палочки), так и с человеческой.

"Иммуногенность, доставка и специфичность инструмента редактирования генома – всё это жизненно важно. Мы в восторге от CasX по всем этим направлениям", – заявил соавтор работы Бенджамин Оукс (Benjamin Oakes).

Он его коллеги полагают, что дальнейшее изучение нового инструмента – настолько идеального, что создать его могла лишь природа, – позволит им разработать и развить новые методики редактирования генома, максимально эффективные и безопасные.

Если сравнивать Cas9 с молекулярными ножницами, то новый инструмент будет больше похож на швейцарский армейский нож, заключают исследователи.

Научная статья по итогам этой работы опубликована в журнале Nature.

Напомним, что недавно в Китае родились первые в мире дети с ДНК, исправленной при помощи методики CRISPR.

Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о новых CRISPR-Cas-системах, открытых российскими учёными.