Биологи ещё острее заточили молекулярные ножницы
Технология редактирования генома CRISPR/Cas9, позволяющая с высокой точностью вносить изменения в геном живых организмов, стала одним из самых громких научных прорывов последних лет.
Система основана на молекулярном противовирусном механизме, подсмотренном у бактерий. В настоящее время её ключевым компонентом является позаимствованный у одноклеточных фермент Cas9, который по короткому фрагменту генетического кода находит соответствующий участок ДНК и разрезает цепочку.
Новый метод позволяет вырезать генетические мутации и заменять повреждённые гены, открывая пути для лечения самых разных заболеваний. Но для использования в медицине учёные должны быть на сто процентов уверены, что инструмент не промахнётся и не нанесёт ДНК пациента опасные повреждения.
По этой причине сразу после появления революционной технологии в 2013 году, исследователи по всему миру стали искать способы повысить его эффективность. Для этого были опробованы альтернативные ферменты и заменены РНК, которые подводят молекулярные ножницы к цели. Кроме того, система была настроена таким образом, что её можно легко выключить, предотвратив нежелательные изменения.
Один из пионеров CRISPR-технологии – Фэн Чжан – и его коллеги из Института Броуда сосредоточились на работе самого фермента Cas9. Используя накопленный опыт, учёные изменили строение белка и создали несколько новых более точных версий.
Обычно случайные разрезы связаны с тем, что фермент прикрепляется к отрицательно заряженной ДНК с помощью положительно заряженных элементов в своей конструкции. Команда Чжана установила, что замена нескольких положительно заряженных аминокислот на нейтральные аналоги резко снижает вероятность несанкционированного присоединения в неправильном месте. Как сообщается в статье, опубликованной в журнале Science, изменение всего трёх из 1400 аминокислот, входящих в состав Cas9, уменьшило риск случайных ошибок как минимум в десять раз.
Изменённый фермент, получивший название eSpCas9 будет полезен для операций по редактированию генома, требующих высокого уровня специфичности.
"Перспектива быстрого и эффективного редактирования генома вызывает много этических и социальных проблем, – сказал Чжан на Международном саммите по редактированию генов, который начался в Вашингтоне 1 декабря. – Мы надеемся, что развитие методики использования eSpCas9 поможет решить некоторые из этих проблем, но мы, конечно, не считаем его волшебной палочкой. Эта область развивается такими быстрыми темпами, что у нас ещё есть время найти новые решения, прежде чем мы сможем рассмотреть вопрос о начале клинического применения технологии".
Учёные считают, что подобный подход с изменением заряда будет действовать и с другими ферментами, которые Чжан и его коллеги адаптировали для резки ДНК, в том числе Cpf1, C2C1 и C2C3. В пресс-релизе института особенно отмечается, что лаборатория Чжана сделает eSpCas9 доступным для изучения в любых научных центрах мира, как это было со многими предыдущими разработками.