Ученые из Центра исследований инфекций им. Гельмгольца (HZI) в Брауншвейге показали, что фермент Cas9, управляемый двойной РНК, который участвует в этом процессе, независимо развился в различных штаммах бактерий. Это увеличивает потенциал использования бактериальной иммунной системы для геномной инженерии.
Несмотря на то, что иммунная система с загадочным названием CRISPR-Cas была открыта только в последние годы, она привлекает внимание генетиков и биотехнологов, поскольку является многообещающим инструментом для генной инженерии.
CRISPR – это сокращение от Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats, тогда как Cas просто означает белок, связанный с CRISPR. На протяжении эволюции эта молекула независимо развивалась во многих штаммах бактерий.
Теперь это показано профессором Эммануэль Шарпантье и ее коллегами из Центра исследования инфекций им. Гельмгольца (HZI), которые опубликовали свои выводы в международном журнале Nucleic Acids Research с открытым доступом.
CRISPR-Cas-система полезна не только для бактерий, но и для работы в лаборатории. Он обнаруживает определенную последовательность букв в генетическом коде и на этом этапе разрезает ДНК.
Таким образом, ученые могут либо удалить, либо добавить гены в интерфейсе. Таким образом, например, можно выращивать растения, устойчивые к паразитам или грибам. Существующие технологии, делающие то же самое, часто дороги, отнимают много времени или менее точны. В отличие от них новый метод быстрее, точнее и дешевле, поскольку требуется меньше компонентов и он может воздействовать на более длинные последовательности генов.
Кроме того, это делает систему более гибкой, поскольку небольшие изменения позволяют адаптировать технологию к различным приложениям. «Система CRISPR-Cas – очень мощный инструмент для генной инженерии», – говорит Эммануэль Шарпантье, которая приехала в HZI из Умео и была удостоена звания профессора Гумбольдта в 2013 году. «Мы проанализировали и сравнили фермент Cas9 и двойные tracrRNAs-crRNA, которые направляют этот фермент сайт-специфично к ДНК в различных штаммах бактерий."Их результаты позволяют им классифицировать белки Cas9, происходящие от разных бактерий, на группы. Внутри них системы CRISPR-Cas взаимозаменяемы, что невозможно между разными группами.
Это позволяет по-новому использовать технологию в лаборатории: ферменты можно комбинировать, что позволяет одновременно вносить различные изменения в ДНК-мишень. Таким образом, новая терапия генетических нарушений, вызванных различными мутациями в ДНК пациента, может быть на горизонте.
Кроме того, этот метод может быть использован для борьбы с вирусом СПИДа ВИЧ, который использует рецептор иммунных клеток человека для их заражения. Используя CRISPR-Cas, можно удалить ген рецептора, и пациенты могут стать невосприимчивыми к вирусу.
Однако до достижения этой цели еще далеко.
Тем не менее эти примеры демонстрируют огромный потенциал технологии CRISPR-Cas. «Некоторые из моих коллег уже сравнивают его с PCR», – говорит Шарпантье.
Этот метод, разработанный в 1980-х годах, позволяет ученым «копировать» нуклеиновые кислоты и, следовательно, выделять небольшие количества ДНК до такой степени, чтобы их можно было анализировать биохимически. Без этой новаторской технологии многие эксперименты, которые мы считаем рутинными, были бы невозможны.
Шарпантье вообще не искал новых молекулярных методов. "Изначально мы искали новые мишени для антибиотиков. Но мы нашли нечто совершенно иное », – говорит Шарпантье.
Это не редкость в науке. На самом деле некоторые из наиболее значительных научных открытий были сделаны случайно или случайно.