Российские биологи встроили "градусник" в геномный редактор

МОСКВА, 24 янв — РИА Новости. Ученые из МГУ, "Сколтеха" и ИТЭБ РАН сделали геномное редактирование более точным и избирательным, научив одну из недавно открытых систем включаться и выключаться при достижении определенной температуры. Итоги их опытов представлены в журнале PLoS One.

«

"Температура переключения может быть легко настроена путем изменения длины блокирующего олигонуклеотида, поэтому наша система может быть адаптирована для различных применений", — рассказывает Людмила Абросимова из МГУ имени Ломоносова.

В последние годы геномное редактирование широко обсуждается в обществе из-за создания революционной технологии CRISPR/Cas9, позволяющей довольно просто менять ДНК. В конце прошлого года интерес к дискуссии дополнительно подогрело скандальное применение этой технологии в Китае.

Главным недостатком CRISPR/Cas9 до сих пор остается то, что она позволяет редактировать участки ДНК длиной в несколько десятков "букв"-нуклеотидов.

Это не мешает опытам по созданию новых трансгенных организмов, но избыточно и даже вредно для медицинских целей. Зачастую исправление того или иного гена требует точечного удаления или замены всего одного нуклеотида, а разрезание нити ДНК часто приводит к нежелательным мутациям.

Поэтому молекулярные биологи активно изучают другие ферменты, менее универсальные, но более безопасные для человека и животных. Яркий пример таких веществ — так называемые эндонуклеазы, ферменты, часть которых была открыта в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино.

Как передает пресс-служба ИТЭБ, эти вещества выгодно отличаются от CRISPR/Cas9 тем, что они не разрезают двойную нить ДНК полностью, а лишь удаляют конкретные нуклеотиды в одной цепочке. Благодаря этому вероятность мутаций в результате неправильного соединения обрезков генома становится близкой к нулю.

Российским ученым удалось сделать эти ферменты еще более удобными для использования в опытах и медицинской практике. Этому помогли наблюдения за тем, как один из ферментов (молекула BspD6I) взаимодействовал с короткими цепочками ДНК.

Уже довольно давно известно, что подобные ферменты могут заклинивать, если соединятся с неправильно устроенными короткими цепочками ДНК. Это натолкнуло российских биологов на мысль, что можно собрать "стоп-сигналы" таким образом, чтобы они теряли стабильность при облучении ультрафиолетом или повышении температуры.

В результате ученые создали несколько подобных молекул — так называемых олигонуклеотидов. Они соединяются с BspD6I и мешают ее работе при комнатной температуре, но распадаются и высвобождают молекулы ДНК-редактора, если поместить их в теплую воду.

Работу этих "выключателей-градусников" Абросимова и ее коллеги проверили на обрывках ДНК вируса-бактериофага T7, с которым нередко сталкиваются природные производители фермента BspD6I — бактерии рода Bacillus.

Как показали опыты, геномный редактор никак не реагировал на следы генома этого вируса при температуре в 25 градусов Цельсия, но начал активно разрезать его и исправлять ошибки в ДНК при нагреве до 45 градусов. Что интересно, температура срабатывания "выключателя" зависела от числа "букв" в этих коротких цепочках ДНК, что позволяет гибко управлять работой BspD6I и других эндонуклеаз.

Как объясняют ученые, создание такой системы позволит не только избирательно редактировать геном — фактически на уровне отдельных клеток, но и собирать различные молекулярные датчики и сигнальные системы, дающие возможность в буквальном смысле программировать поведение клеток в ответ на внешние стимулы.