Оружие, которое вирусы используют в своей бесконечной войне с бактериями, может быть использовано для отключения самого мощного в мире инструмента для редактирования генов.
Это, в свою очередь, могло бы снизить риск того, что бактериальная система вырезания и вставки, называемая CRISPR-Cas9, отсекает неправильные гены и вводит сбежавшие генетические изменения в людей или другие виды в дикой природе.
В новом исследовании ученые обнаружили, что крошечный белок отключает систему, и, по крайней мере в чашке Петри, белок работает в клетках человека, говорят исследователи.
«Это просто один белок, который мы можем производить в клетке или доставлять в клетку, что отключит Cas9, остановит его от связывания и разрезания ДНК», - сказал автор исследования Джозеф Бонди-Деноми, микробиолог из Калифорнийского университета. Сан-Франциско.
Генетическая находка и замена
Комплекс CRISPR-Cas9 является мощным инструментом в бактериальной иммунной защите от проникновения вирусов. Когда вирус проникает в бактериальную клетку, бактерии мобилизуют последовательность ДНК, называемую CRISPR, или «сгруппированные регулярно пересекающиеся короткие палиндромные повторы». ДНК состоит из коротких блоков повторяющихся пар оснований, разделенных спейсерной ДНК. Бактерии копируют и вставляют вирусную последовательность ДНК в область CRISPR и продуцируют две цепи РНК. Затем эта РНК связывается с ферментом под названием Cas9, который действует как пара управляемых ножниц, возвращаясь к целевой вирусной ДНК и отсекая ее. Наконец, клетка восстанавливает ДНК, заменяя удаленный фрагмент ДНК другой заменяющей частью (предоставленной учеными). По сути, система CRISPR / Cas9 может использоваться в качестве генетического «найти и заменить».
Простота использования системы CRISPR означает, что она может использоваться практически для любой техники редактирования генов. Например, доктора однажды могли отредактировать иммунные клетки человека в лаборатории для распознавания раковых клеток, а затем ввести эти клетки обратно человеку в качестве целевого лечения рака, сказал Бонди-Деноми. Недавно китайские исследователи использовали CRISPR для редактирования эмбрионов человека с серьезными генетическими дефектами, хотя они не позволяли эмбрионам созревать.
Эффекты вне цели
Однако у системы редактирования генов есть проблема: она все еще иногда обрезает неправильные последовательности ДНК. Cas9 также держится слишком долго; Бонди-Деноми рассказал «Живой науке», что для того, чтобы половина Cas9 разложилась на клетку, потребуется около 24 часов, что даст ей достаточно времени, чтобы сделать внеплановые разрезы ДНК, - сказал Бонди-Деноми.
Поэтому, если у Cas9 есть выключатель, это сделает возможность генной инженерии человека более безопасной, сказал Бонди-Деноми.
Он и его коллеги считают, что у вирусов должен быть какой-то способ отключить CRISPR / Cas9. Чтобы размножаться, вирусы часто вставляют свою собственную ДНК в геном бактерии, объединяя генетический механизм клетки для создания множества копий вирусной ДНК. По этой логике у вирусов должен быть способ деактивировать CRISPR / Cas9, иначе иногда иммунная система бактерий идентифицирует целевую вирусную ДНК в своем собственном геноме, разрезает ее и заставляет себя самоуничтожиться, Бонди-Деноми и его коллеги сказали.
«Cas9 должен создать РНК, которая затем будет расщеплять вирус, который оказался в своем собственном геноме - он недостаточно умен, чтобы знать, что он находится в своем собственном геноме», - сказала Бонди-Деноми в интервью Live Science. Команда решила, что если бактериальная клетка стабильный и не самоуничтожающийся, «тогда, возможно, этот вирус производит белок-ингибитор».
Затем команда посмотрела на 300 штаммов листериоз бактерии, вызывающие пищевые заболевания, по признакам проникновения вирусной ДНК в бактериальный геном. И все же бактерии не были саморазрушительными. Оттуда они искали белки, которые инактивировали листериозВерсия Cas9, очень похожая на ту, которая используется в большинстве лабораторий по всему миру, называется SpyCas9.
Исследователи сообщили сегодня (29 декабря) в журнале Cell, что команда обнаружила четыре белка против CRISPR, два из которых работали против обычно используемого SpyCas9. В чашке Петри эти два белка анти-CRISPR также работали в клетках человека для дезактивации системы CRISPR / Cas9.
Безопасная инженерия
Команда все еще должна доказать, что использование анти-Cas9 белков снижает потенциал нерегулярной резки Cas9, и они не знают, как долго белок задерживается в клетках. Однако, если они смогут показать, что белок работает in vivo, новое открытие может сделать редактирование генов более безопасным, быстро устраняя Cas9.
«Вы не полагаетесь на его пассивную деградацию; вы на самом деле гарантируете, что она отключится», - сказал Бонди-Деноми.
Техника также может быть использована для других приложений. Например, люди обсуждали использование Cas9 для введения мутантного гена в целую популяцию комаров, чтобы уничтожить их или предотвратить распространение определенных заболеваний.
«По сути, это приводит к биотеррору в организме», что может иметь хорошие, плохие или совершенно непредсказуемые последствия, считает Бонди-Деноми. Таким образом, эти анти-CRISPR белки могут быть удобным выключателем или механизмом управления для использования в случае необходимости обуздания такой общеобластной инженерии, сказал Бонди-Деноми.
