Американські вчені знайшли спосіб вимикати систему редагування генома CRISPR/Cas9 за допомогою білків-антагоністів, виявлених у геномі вірусів-бактеріофагів. Ця технологія дозволить підвищити точність і безпеку системи CRISPR. Стаття опублікована в журналі.
Система редагування генома CRISPR/Cas9, розроблена в 2012 році, дозволяє направлено редагувати ДНК організму, не зачіпаючи інші ділянки геному. Ендонуклеази Cas9 розрізають ДНК у потрібних ділянках, комплементарних «шаблону» РНК-гіда, після чого власні системи репарації клітини зшивають кінці ДНК. Оскільки при репарації клітина зазвичай використовує неушкоджений зразок гомологічної ДНК з іншої хромосоми, то вчені можуть внести зміни в геном, підмінивши цей «еталон» на будь-яку потрібну послідовність.
Система CRISPR/Cas9 заснована на системі бактеріального противірусного імунітету. Такий імунітет дозволяє бактеріям знаходити фрагменти ДНК вірусу в своїй «картотеці» CRISPR (вона розташована в певній ділянці геному бактерії), і знищувати вірусну ДНК за допомогою нуклеази. У бактерій існує кілька типів системи CRISPR і кілька нуклеаз, однак для цілей редагування генома в біоінженерії найчастіше використовується нуклеаза Cas9. У свою чергу, віруси-бактеріофаги, від яких бактерії захищаються за допомогою таких систем імунітету, виробляють білки, що блокують ці системи. Однак білки, що блокують саме систему CRISPR/Cas9, досі виявлені не були.
Для пошуку таких білків автори нової статті зосередилися на аналізі профагів - ділянок геному вірусу-бактеріофагу, інтегрованих у геном бактеріальних клітин. Ідея полягала в тому, що якщо бактеріофагу вдалося вбудувати свої гени в бактеріальний геном, обійшовши систему захисту CRISPR/Cas9, то це означає, що у віруси є способи блокування цієї системи.
Проаналізувавши близько 30 штамів бактерій використовує систему CRISPR/Cas9, вчені виявили в їхніх профагах гени чотирьох типів білків, що блокують цю систему. Як показали експерименти з використанням клітин і клітин людини, два з цих білків, названі AcrIIA2 і AcrIIA4, ефективно блокували нуклеазу Cas9 бактерії (саме вона найчастіше використовується в біоінженерії).
Виявлені інгібітори дозволять підвищити точність CRISPR/Cas9, включаючи і вимикаючи її в потрібний час і регулюючи її активність в різних ділянках геному або в різних тканинах. Також застосування білків-інгібіторів зможе зробити систему CRISPR/Cas9 більш безпечною: в тому випадку, якщо щось піде не так, її активність можна буде заблокувати.
Технологія CRISPR/Cas9 активно випробовується для лікування багатьох генетичних захворювань. Так, її випробовували, наприклад, для лікування бета-таласемії на ембріонах людини, видалення генів ВІЛ із заражених лімфоцитів і лікування серповидно-клітинної анемії. Крім того, нещодавно вчені розробили нову систему CRISPR, що діє на рівні РНК, а не ДНК, і здатну специфічно знищувати потрібну РНК за допомогою РНК-гіда. Докладніше про те, як працює система CRISPR/Cas9, можна почитати тут.