Гарвардські науковці розробили нову технологію редагування геному, яку назвали RLR. На відміну від революційних молекулярних ножиць CRISPR, новий метод не вимагає розрізання ДНК, може вносити велику кількість змін у геном та застосовуватися на великих популяціях клітин. Результати опубліковані в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
National Cancer Institute / Unsplash
Навіщо це потрібно?
Можливість редагувати геном — це однозначно величезний прорив у розвитку людської цивілізації. Науковці та лікарі покладають на технологію великі надії, вважаючи, що невдовзі ми зможемо лікувати спадкові та онкологічні хвороби людини кількома ін'єкціями, що полагодять дефект у геномі. Найперспективнішим інструментом геномного редагування називають CRISPR. Він працює по принципу молекулярних ножиць: розшукує необхідне місце в ДНК, потім за допомогою ферменту розрізає її і дає інструкції щодо заміни послідовності основ на бажану. Технологія стала революційною, однак вона не позбавлена недоліків. Наприклад, є певні занепокоєння щодо того, що саме розрізання ДНК шкодить організмові, а також за допомогою CRISPR важко вносити в клітини одночасно велику кількість редагувань. Проте вчені з Гарвардського університету повідомили про розроблення нової технології редагування геному, яка позбавлена недоліків CRISPR.
У чому суть відкриття вчених?
Як і CRISPR, нова технологія вчених, названа RLR (Retron Library Recombineering), базується на імунній системі бактерій. Вона використовує ретрони — частини бактеріальної ДНК, які кодують фрагменти молекулярної системи з одноланцюговою ДНК. У новій роботі автори описують, що використання ретронів не вимагає взагалі розрізання ДНК для редагування, тому можна вносити велику кількість змін одночасно.
Суть методу RLR полягає у додаванні до клітин одноланцюгової ДНК з потрібною мутацією за допомогою білка SSAP (single-stranded annealing protein) під час природної реплікації геному, що передує поділу. Таким чином потрібна послідовність вбудовується у ДНК дочірньої клітини без її пошкодження. Крім цього, ретрони можуть слугувати певного роду шрихкодами, які помічають окремих редагованих бактерій в популяції, що допоможе відстежувати вплив мутацій.
Як перевірили ефективність технології?
Випробування вчені провели на культурі кишкових паличок E. coli. Вони створили кільцеву плазміду бактеріальної ДНК, що містила ген стійкості до антибіотика, вбудований у послідовність ретрону, та ген SSAP, який забезпечує, власне, інтеграцію ретрону в геном бактерій. Спочатку ефективність виявилася меншою за 0,1 відсоток, але згодом науковці усунули природний механізм виправлення неправильних послідовностей та знищення вільної одноланцюгової ДНК в бактерій. Зрештою це істотно підвищило ефективність: тепер вже близько 90 відсотків E. coli містили необхідну послідовність ретрону після 20 поколінь.
Науковці кажуть, що їхнє відкриття може допомогти краще та набагато швидше вивчати бактеріальні геноми та роль окремих мутацій. Результатом може стати розроблення нових корисних штамів або нових способів боротьби з антибіотикорезистентністю.