Ieroci, kuru vīrusi izmanto savā neveiksmīgajā karā ar baktērijām, varētu izmantot, lai izslēgtu pasaulē jaudīgāko gēnu rediģēšanas rīku.
Tas, savukārt, varētu samazināt risku, ka baktēriju izgriešanas un ielīmēšanas sistēma, ko sauc par CRISPR-Cas9, sagrauj nepareizos gēnus un ievieš bēguļojošas ģenētiskas izmaiņas cilvēkiem vai citām savvaļas sugām.
Jaunā pētījumā zinātnieki atklāja, ka niecīgs proteīns izslēdz sistēmu, un vismaz Petri traukā proteīns darbojas cilvēka šūnās, sacīja pētnieki.
"Tas būtībā ir tikai viens proteīns, ko mēs varam izgatavot šūnā vai piegādāt šūnā, kas izslēgs Cas9, pārtrauks tā saistīšanos un DNS sagriešanu," sacīja pētījuma autors Džozefs Bonijs-Denomijs, Kalifornijas universitātes mikrobiologs, Sanfrancisko.
Ģenētiskā atrašana un aizstāšana
CRISPR-Cas9 komplekss ir spēcīgs līdzeklis baktēriju imūno aizsardzībā pret vīrusiem, kas iebrūk. Kad vīruss iefiltrējas baktēriju šūnā, baktērijas mobilizē DNS secību, ko sauc par CRISPR, vai arī "grupētas regulāri ar atstarpi īsos palindromiskos atkārtojumos". DNS sastāv no īsiem atkārtotu bāzes pāru blokiem, kas atdalīti ar starpliku DNS. Baktērijas kopē un ievieto vīrusa DNS secību CRISPR reģionā un rada divas RNS šķipsnas. Pēc tam šī RNS asociējas ar enzīmu Cas9, kas darbojas kā šķēres ar vadāmu pāri, nonākot mērķa vīrusa DNS un izspiežot to. Visbeidzot, šūna salabo DNS, aizstājot izdzēsto DNS fragmentu ar citu rezerves gabalu (piegādājuši zinātnieki). Būtībā CRISPR / Cas9 sistēmu var izmantot kā ģenētisku "atrast un aizstāt".
CRISPR sistēmas ērtā lietošana nozīmē, ka to varētu izmantot gandrīz jebkurai gēnu rediģēšanas metodei. Piemēram, ārsti kādu dienu laboratorijā varēja rediģēt cilvēka imūnās šūnas, lai atpazītu vēža šūnas, un pēc tam injicēt šīs šūnas atpakaļ personai kā mērķtiecīgu vēža ārstēšanu, sacīja Bondi-Denomija. Nesen Ķīnā pētnieki izmantoja CRISPR, lai rediģētu cilvēku embrijus ar nopietniem ģenētiskiem defektiem, lai gan tie neļāva embrijiem nobriest.
Ārpus mērķa radīti efekti
Tomēr gēnu rediģēšanas sistēmai ir problēma: tā joprojām dažreiz izgriež nepareizas DNS sekvences. Cas9 arī pielīp apkārt pārāk ilgi; Aptuveni 24 stundas prasa, lai šūna noārdītu pusi Cas9, dodot tai daudz laika, lai veiktu DNS samazināšanu ārpus mērķa, Bonijs Denomijs pastāstīja Live Science.
Tāpēc, ja Cas9 ir slēdzis "izslēgts", tas padarītu cilvēka gēnu inženierijas iespēju drošāku, sacīja Bonijs-Denomijs.
Viņš un viņa kolēģi sprieda, ka vīrusiem ir jābūt zināmam veidam, kā izslēgt CRISPR / Cas9. Lai replicētu, vīrusi baktēriju genomā bieži ievieto savu DNS, sadarbojoties ar šūnas ģenētisko mehānismu, lai izgatavotu daudzas vīrusa DNS kopijas. Pēc šīs loģikas vīrusiem ir jābūt tādam veidam, kā deaktivizēt CRISPR / Cas9, pretējā gadījumā baktēriju imūnsistēma identificētu mērķa vīrusa DNS savā genomā, sagrieztu to un liktu sevi iznīcināt, Bondi-Denomiju un viņa kolēģi teica.
"Cas9 vajadzētu izveidot RNS, kas pēc tam nošķirs vīrusu, kas, iespējams, atrodas sava genomā - tas nav pietiekami gudrs, lai zinātu, ka tas ir paša genomā," Bonijs-Denomijs stāstīja Live Science. Komanda sprieda, ka tad, ja baktēriju šūna ir stabils un tas nav pašiznīcinošs, "tad varbūt šis vīruss veido inhibitoru olbaltumvielas".
Pēc tam komanda apskatīja 300 celmus Listerija baktērijas, kas izraisa pārtikas izraisītas slimības, pazīmēm, ka vīrusu DNS ir iefiltrējies baktēriju genomā. Tomēr baktērijas sevi neiznīcināja. Pēc tam viņi meklēja olbaltumvielas, kas inaktivētas ListerijaCas9 versija, kas ir ļoti līdzīga tai, kuru izmanto lielākajā daļā laboratoriju visā pasaulē, ko sauc par SpyCas9.
Komanda atrada četrus anti-CRISPR proteīnus, no kuriem divi darbojās pret parasti izmantoto SpyCas9, pētnieki šodien (29. decembrī) ziņoja žurnālā Cell. Petri traukā šie divi anti-CRISPR proteīni darbojās arī cilvēka šūnās, lai deaktivizētu CRISPR / Cas9 sistēmu.
Drošāka inženierija
Komandai joprojām jāpierāda, ka anti-Cas9 olbaltumvielu lietošana samazina Cas9 samazināšanas potenciālu ārpus mērķa, un viņi nezina, cik ilgi proteīns kavē šūnās. Tomēr, ja viņi var parādīt olbaltumvielu darbību in vivo, jaunais atklājums varētu padarīt gēnu rediģēšanu drošāku, ātri atceļot Cas9.
"Jūs nepaļaujaties uz tā pasīvo degradāciju; jūs faktiski nodrošiniet, ka tā tiek izslēgta," sacīja Bonijs-Denomijs.
Šo paņēmienu varētu izmantot arī citiem lietojumiem. Piemēram, cilvēki ir diskutējuši par Cas9 izmantošanu mutanta gēna ieviešanai visā moskītu populācijā, lai tos izskaustu vai novērstu noteiktu slimību izplatīšanos.
"Šī būtībā ir organisma bioterror atbrīvošana," kurai varētu būt labas, sliktas vai pilnīgi neparedzamas sekas, sacīja Bonijs-Denomijs. Tātad šie anti-CRISPR proteīni varētu būt ērts izslēgšanas slēdzis vai kontroles mehānisms, ko izmantot gadījumā, ja šāda veida inženierija ir jāatsakās, sacīja Bonijs Denomijs.
