Биологи научились отключать "промышленный" редактор ДНК

Генетики приспособили недавно открытую "защиту от редактирования ДНК" для отключения перспективного геномного редактора CRISPR/Cas9, что в перспективе сделает его более безопасным для человека, говорится в статье, опубликованной в журнале Cell. "Следующий наш шаг заключается в том, что мы должны продемонстрировать, что эти ингибиторы улучшат точность редактирования генома, предотвращая его изменение в тех клетках, где ДНК не должна меняться. Мы также хотим понять, как этот белок блокирует работу Cas9 и найти более интересные версии ингибитора", — заявил Бенджамин Раух (Benjamin Rauch) из университета Калифорнии в Сан-Франциско (США).

Эволюционная рекурсия

Геномный редактор CRISPR/Cas9, названный главным научным прорывом 2015 года, был создан американским ученым Фэнем Чжаном (Feng Zhang) и рядом других молекулярных биологов примерно три года назад, и с тех пор он пережил несколько модернизаций, которые позволяют ученым использовать его для редактирования генома со стопроцентной точностью. На самом деле, CRISPR/Cas9, как и многие другие вещи, изобрел не человек, а природа — изначально данная система развилась внутри бактерий сотни миллионов лет назад для защиты от ретровирусов. Он состоит из двух компонентов — "библиотеки" образцов генетического кода вирусов (CRISPR), и фермента Cas9, ищущего подобные последовательности в ДНК бактерии и удаляющего их при необходимости. В начале декабря канадские биологи из университета Торонто обнаружили, что вирусы не остались в стороне от этой "гонки вооружений" и создали свой ответ на CRISPR/Cas9 – набор из трех белков из семейства AcrIIA. Они цепляются за разные части белка и нейтрализуют его еще до того, как он успеет вырезать ДНК вируса из генома микроба. Раух и его коллеги открыли аналог этих белков, который подавляет работу широко используемых сегодня "лабораторных" версий белка Cas9, придумав очень остроумный способ поиска таких вирусных "анти-антивирусов" в живых бактериях.

Существуя, не существует

Как объясняет биолог, они сфокусировали свое внимание на "взаимоисключающих параграфах"- бактериях, чей геном одновременно содержит в себе ген Cas9 и следы вирусной ДНК. Если бы данный белок работал, то такие микробы совершили бы самоубийство в результате вырезания вирусной ДНК данным ферментом и включения программы "запрограммированного суицида". Если этого не происходит, значит вирусная ДНК содержит в себе некие аналоги AcrIIA, которые мешают работе Cas9. Для поисков таких бактерий не нужно следить за ними в пробирках и проводить опыты – достаточно сравнить их виртуальную ДНК на компьютере с геномами вирусов, и выделить те штаммы бактерий, которые содержали в себе и вирус, и Cas9. Проанализировав три сотни разновидностей листерелл (Listeria monocytogenes), болезнетворных бактерий, ученые выделили девять штаммов этих микробов, которые удовлетворяли этим критериям. Геномы всех этих бацилл содержали в себе четыре различных версии AcrIIA, две из которых — AcrIIA2 и AcrIIA4 – оказались способными блокировать те модификации Cas9, которые сегодня ученые используют для проведения генетических опытов в лабораториях. Опыты на культурах человеческих клеток показали, что добавление этих белков в их питательную среду защищает их от редактирования ДНК, что показывает, что подобные молекулы можно использовать, вкупе с самой системой CRISPR/Cas9, для повышения надежности генной терапии и избегания неприятных последствий, связанных с удалением ДНК не там, где надо.