Ученые усовершенствовали «генетические ножницы»

Специалисты в области синтетической биологии усовершенствовали фермент Cas9, разрезающий ДНК, благодаря чему теперь можно проводить более специфичное геномное редактирование. Полученные результаты имеют большое значение для лечения генетических заболеваний в клинических условиях.

Фермент Cas9 является ключевым компонентом метода молекулярного редактирования, позволяющего исследователям изменять специфические последовательности ДНК в геноме. Метод CRISPR-Cas9 является настолько быстрым, недорогим и простым в использовании, что он уже сильно повлиял на генетические исследования, а однажды сможет помочь разработать способ коррекции генетических мутаций, вызывающих заболевания у человека. Первого декабря исследователи из США, Великобритании и Китая собрались в Вашингтоне для того, чтобы обсудить этические вопросы и возможности применения генетического редактирования у человека.

До того момента, как фермент Cas9 начнет применяться в клинике, пациенты и регулирующие органы должны убедиться в том, что он не приведет к опасным повреждениям генома, вызванным неспецифичным действием фермента. По словам Дэвида Лью (David Liu), специалиста в области химической биологии из Гарвардского Университета в Кембридже (Harvard University, США), необходимо соблюдать максимальную осторожность при терапевтическом применении системы генетического редактирования и убедиться в том, что она не изменяет геном в нежелательных областях.

Исследователи уже давно пытались усовершенствовать компоненты системы CRISPR-Cas9, чтобы уменьшить распространенность ошибок. Они доработали молекулу РНК, которая направляет фермент Cas9 к нужному месту разрезания в геноме [1], например, а также сконструировали систему таким образом, чтобы исследователи могли легко отключить ее и фермент не смог бы произвести нежелательные изменения [2, 3].

Специалист в области синтетической биологии Фенг Жанг (Feng Zhang) из Института Брода при Массачусетском Технологическом Институте (Broad Institute of MIT, США) и Гарвардского Университета сконцентрировался на разработке фермента Cas9. Ученый и его исследовательская команда модифицировали Cas9 таким образом, чтобы он с меньшей степенью вероятности воздействовал на области с несоответствием между РНК-гидом, который управляет ферментом Сas9, и ДНК, которую он изменяет. Исследователи создали несколько вариантов фермента Cas9, которые, по меньшей мере, в 10 раз снизили частоту ошибок, ассоциированных с его нецелевым действием, по сравнению с неизмененным вариантом фермента Cas9 [4].

Исследовательская команда Жанга создала три новых варианта фермента Cas9, которые, согласно данным ученых, совершают меньшее число ошибок, но обладают такой же активностью в отношении таргетных областей, как и обычный фермент Cas9. По словам Жанга, новые ферменты не требуют внесения изменений в существующий протокол работы с системой CRISPR-Cas9, который используется многими исследователями.

По словам Лью, фермент Cas9 подойдет для использования в различных исследовательских целях. Но для терапевтических целей ученые хотели бы настолько снизить количество ошибок, чтобы они не превышали нормальную частоту мутаций ДНК в человеческих клетках. По словам Лью, само по себе десятикратное улучшение результатов работы фермента является не достаточным. По его мнению, для методов лечения распространенность ошибок системы CRISPR-Cas9 при редактировании генов должна быть на несколько порядков меньше. Но повысить специфичность можно также за счет комбинирования различных методов.

Фермент Cas9 разрезает ДНК (окрашена красным цветом), к которой он направляется РНК-гидом (окрашена зеленым цветом). (фото: Ian Slaymaker, Broad Institute)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2015.18932

Литература:
1. Fu, Y., Sander, J. D., Reyon, D., Cascio, V. M. & Joung, J. K. Nature Biotechnol. 32, 279–284 (2014).
2. Zetsche, B., Volz, S. E. & Zhang, F. Nature Biotechnol. 33, 139–142 (2015).
3. Davis, K. M., Pattanayak, V., Thompson, D. B., Zuris, J. A. & Liu, D. R. Nature Chem. Biol. 11, 316–318 (2015).
4. Slaymaker, I. M. et al. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.aad5227 (2015).